WO2022060253A1 - Литейный алюминиевый сплав - Google Patents

Литейный алюминиевый сплав Download PDF

Info

Publication number
WO2022060253A1
WO2022060253A1 PCT/RU2021/050295 RU2021050295W WO2022060253A1 WO 2022060253 A1 WO2022060253 A1 WO 2022060253A1 RU 2021050295 W RU2021050295 W RU 2021050295W WO 2022060253 A1 WO2022060253 A1 WO 2022060253A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
casting
alloy
calcium
zinc
alloys
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2021/050295
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Виктор Христьянович МАНН
Александр Николаевич АЛАБИН
Александр Юрьевич КРОХИН
Дмитрий Олегович Фокин
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennost'yu "institut Legkikh Materialov I Tekhnologij"
Original Assignee
Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennost'yu "institut Legkikh Materialov I Tekhnologij"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennost'yu "institut Legkikh Materialov I Tekhnologij" filed Critical Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennost'yu "institut Legkikh Materialov I Tekhnologij"
Priority to KR1020237012282A priority Critical patent/KR20230069152A/ko
Priority to EP21869849.6A priority patent/EP4215634A4/en
Priority to JP2023517279A priority patent/JP7693797B2/ja
Priority to CN202180063010.8A priority patent/CN116057193B/zh
Priority to CA3195581A priority patent/CA3195581A1/en
Priority to MX2023003144A priority patent/MX2023003144A/es
Publication of WO2022060253A1 publication Critical patent/WO2022060253A1/ru
Priority to US18/121,825 priority patent/US20230212717A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • 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
    • 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
    • C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • 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
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc 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

Definitions

  • the invention relates to the field of metallurgy, in particular to aluminum-based alloys characterized by high corrosion resistance.
  • the alloy can be used to obtain thin-walled castings of complex shape by casting into a metal mold.
  • Industrial non-hardened alloys of the A-Si system for example, A413.2 or AK12pch (GOST 1583), are characterized by high manufacturability during casting and a relatively low level of strength properties, in particular, the yield strength usually does not exceed 60-80 MPa, depending on casting thickness.
  • a higher level of strength properties of castings already in the cast state is provided by the addition of copper, in particular, alloys of the AA383.1 or AK12M2 type are known.
  • the increase in mechanical properties in this case is accompanied by a significant decrease in relative elongation and deterioration in corrosion resistance.
  • alloys based on a solid solution based on the Al-Mg system are known, for example, AMgbl, AMg5K, AMg5Mts (GOST 1583), Magsimal®59 (Rheinfelden Alloys), etc., characterized by satisfactory processability during casting, good corrosion resistance , a good level of strength properties and relative elongation.
  • the disadvantages of the alloys of this system one should single out a high linear shrinkage and insufficiently good tightness of thin-walled castings.
  • the combination of a high level of strength properties, relative to elongation and corrosion resistance is realized in alloys of the Al-Si system with the addition of 0.2-0.5 wt.
  • % magnesium in particular, alloys such as AK9 (GOST1583), Silafont®36 (Rheinfelden Alloys), trimal®37 (Trimet), etc. are known. quenching in water), change in overall dimensions and the appearance of cracks.
  • alloys such as AK9 (GOST1583), Silafont®36 (Rheinfelden Alloys), trimal®37 (Trimet), etc. are known. quenching in water), change in overall dimensions and the appearance of cracks.
  • NUST MISiS An invention of NUST MISiS is known, disclosed in patent RU2660492.
  • the material for use in the cast state contains (wt.%): 5.4-6.4% calcium, 0.3-0.6% silicon and 0.8-1.2% iron.
  • the disadvantages of the proposed invention one should highlight the low relative elongation, which did not exceed 2.6%, which limits the use of the material in critical cast parts.
  • a casting alloy of the Al-Ni-Mn system is known, intended for the production of structural components for automotive and aerospace applications, which is an alternative to branded silumins, developed by Alcoa and disclosed in patent US6783730B2 (published on August 31, 2004). It is possible to obtain castings from this alloy with a good combination of casting and mechanical properties with a content (wt.%) of 2-6% Ni, 1-3% p, 1% Fe, less than 1% silicon, and also with the content of other unavoidable impurities.
  • a high level of casting and mechanical properties is ensured by the use of aluminum grades of high purity and with a high nickel content, which significantly increases the cost of the obtained castings.
  • the proposed material is thermally non-hardening in the entire concentration range, which limits its use.
  • the corrosion resistance of castings is significantly reduced.
  • cast aluminum alloys based on Al-Ni and A1-Ni-Mn systems and a method for producing cast parts from them which are described in the invention of Alcoa US8349462B2 (publ. 08.01.2013) and application EP201 1055318 of Rheinfelden Alloys GmbH & Co. kg.
  • the invention provides alloy compositions for use in the as-cast state.
  • the common thing in the proposed inventions is a high nickel content of 1-6%, which determines the main disadvantage - a significant decrease in corrosion resistance. With a relatively low content of nickel and manganese, casting alloys have a low level of strength characteristics.
  • the objective of the invention is to create a new cast aluminum alloy designed to produce thin-walled castings by various methods of casting into a metal mold, in particular, gravity, high-pressure casting, low-pressure casting, liquid stamping, but not limited to, satisfying the specified requirements for a set of technological and corrosion characteristics.
  • the technical result of the invention is to provide a given combination of technological characteristics during casting and corrosion resistance.
  • Silicon up to 1.0 optional, at least one element selected from the group
  • calcium and zinc in the structure are presented mainly in the form of eutectic particles.
  • the alloy is made in the form of castings.
  • the proposed alloy is characterized by a narrow crystallization interval, which, in combination with a large amount of the eutectic phase, provides a good level of casting characteristics, and due to elements that dissolve in the aluminum solid solution, a satisfactory level of strength properties in the cast state.
  • corrosion resistance is maintained at a good level.
  • the main criterion for the acceptable choice of alloying elements was the formation of the desired structure, excluding the presence of coarse primary crystals and/or coarsening of the eutectic phase; the rationale for the concentration range is given below.
  • the concentration (wt.%) of calcium in the range of 1.5-5.1% and zinc in the range of 0.1-1.8% provide good casting properties due to the fact that calcium and zinc mainly form a sufficient amount of the eutectic phase.
  • the main effect of the joint introduction of calcium and zinc is the formation of a joint eutectic phase A14(Ca,Zn), where the zinc atom replaces the calcium atom.
  • the level of strength properties is further increased. If the calcium content is less than the declared level, it will lead to a decrease in casting characteristics. When zinc is reduced below the stated level, there will be no significant increase in strength properties.
  • the content of calcium and zinc above the stated level will lead to the formation of a rough structure and a significant decrease in mechanical properties.
  • the content of iron and silicon is primarily determined by the purity of the aluminum used in the preparation of the alloy.
  • iron and silicon can also be used as alloying elements, due to the fact that silicon in an amount of up to 1.0 wt.% is redistributed between the solid solution and the eutectic, which, on the one hand, provides an increase in strength properties due to additional solid solution hardening in the cast state, and on the other hand, it positively affects the casting characteristics of the alloy due to an increase in the amount of eutectic. With a higher content of silicon, the morphology of the eutectic phase worsens, which generally reduces the strength characteristics.
  • Iron in an amount of up to 0.5 wt.% predominantly forms phases of eutectic origin, which positively affects the casting characteristics of the alloy due to an increase in the amount of eutectic. With an increase in the concentration of iron above 0.5 wt.%, coarsening of the eutectic phase is possible and, as a result, a decrease in mechanical properties.
  • Manganese in an amount of up to 2.5 wt % is necessary to improve the strength properties, primarily in the cast state, by providing solid solution strengthening.
  • the manganese content is above 2.5 wt.% in the structure, primary crystals of the Alb(Te, Mn) phase can be formed, which can lead to a decrease in mechanical characteristics.
  • the content of manganese is less than 0.2 wt.% will not lead to significant solid-solution hardening and, as a consequence, a weak increase in strength characteristics.
  • Zirconium and chromium within the stated limits (wt.%) 0.05-0.14% and 0.05-0.15%, respectively, are necessary to ensure solid solution strengthening. At lower concentrations of these elements, a significant increase in strength characteristics in the cast state is not achieved. For large quantities, it will be necessary to increase the casting temperature above the typical level, which will reduce the durability of the casting molds, otherwise, there will be a high probability of the formation of primary crystals of the AlCr and AlsZr phase, which will not lead to an increase in the level of mechanical properties from the introduction of these elements.
  • Titanium in the amount of 0.005-0.1 wt.% is necessary for modifying the aluminum solid solution. With a higher content of titanium in structure, the appearance of primary crystals is possible, which will reduce the overall level of mechanical properties, and at a lower level, the positive effect of the influence of this element will not be realized. Titanium can be introduced in the form of a multicomponent alloy, such as Al-Ti-B and/or Al-Ti-C, so in this case, the presence of boron and carbon in compounds with titanium is possible in the alloy, in amounts proportional to the content of the corresponding alloy. Boron and carbon, as independent elements, did not have a significant effect on the mechanical and casting properties in relation to the range under consideration. In addition, in the presence of titanium, in some cases, a decrease in the tendency to form hot cracks during casting is noted.
  • alloys For the preparation of alloys, the following charge materials were used (wt.%): A99 and A8 grade aluminum, TsO grade zinc, calcium in the form of calcium metal and A1-6Ca master alloys, manganese in the form of A1-10% Mn master alloy, Al-10% Zr master alloy , Al-10%Cr, Al-5%Ti.
  • Table 1 Chemical composition of experimental alloys (wt.%) The content of other elements typically did not exceed 0.05 wt.%.
  • the chemical composition of the alloy was chosen from the condition of obtaining a structure consisting of an aluminum solid solution and a eutectic component. Casting of samples was carried out by gravity method in a metal mold "Separately cast sample". Form temperature - could fluctuate in the range of 20 -60 °C. The casting was a tensile specimen with a diameter of 10 mm and a calculated length of 50 mm, which was tested for tension (with the determination of the yield limit, tensile strength, and relative elongation) immediately after casting without machining. The structure of the samples was evaluated from the sample heads.
  • compositions 2, 5 and 12 are most preferred due to the good yield strength to elongation ratio.
  • the most desirable structure of the alloy, on the example of composition 5 (table 1), is shown in Fig.1.
  • Casting characteristics were evaluated in terms of hot brittleness (HB) using "casting harp", where the best indicator is to obtain a casting with the maximum length of the "rod” (figure 2).
  • the hot cracking susceptibility was assessed using the example of alloys 2, 4 and 12 (Table 1).
  • an alloy of the type AD6 As a comparison, an alloy of the type AD6.
  • the absence of cracks in alloys 2, 4 and 12 (Table 1) is shown, which is a good indicator at the level of most alloys of the Al-Si system, in contrast to the ADC6 alloy, in the casting from which about 40% of the cores were destroyed, starting from the maximum length.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано для получения тонкостенных отливок сложной формы литьем в металлическую форму, в частности для автокомпонентов, деталей электронных устройств и др. Литейный сплав на основе алюминия содержит, мас. %: кальций 1,5-5,1; железо до 0,7; кремний до 1,0; цинк 0,1-1,8 и, необязательно, один или более марганец 0,2-2,5; титан 0,005-0,1; цирконий 0,05-0,14; хром 0,05-0,15, при этом кальций и цинк присутствуют в структуре сплава преимущественно в виде эвтектических частиц. Техническим результатом является обеспечение требуемого сочетания технологических свойств при литье и коррозионной стойкости.

Description

ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ
Область техники
Изобретение относится к области металлургии, в частности, к сплавам на основе алюминия, характеризующихся высокой коррозионной стойкостью. Сплав может быть использован при получении тонкостенных отливок сложной формы литьем в металлическую форму.
Предшествующий уровень техники
Промышленные термически неупрочняемые сплавы системы A-Si, например, А413.2 или АК12пч (ГОСТ1583), характеризуются, высокой технологичностью при литье и относительно невысоким уровнем прочностных свойств, в частности, предел текучести, обычно не превышает 60-80 МПа, в зависимости от толщины, получаемой отливки. Более высокий уровень прочностных свойств отливок уже в литом состоянии обеспечивает добавка меди, в частности, известны сплавы типа АА383.1 или АК12М2. Повышение механических свойств в этом случае сопровождается существенным снижением относительного удлинения и ухудшением коррозионной стойкости.
Среди термически неупрочняемых коррозионностойких сплавов известны сплавы на основе твердого раствора на базе системы Al-Mg, например, АМгбл, АМг5К, АМг5Мц (ГОСТ 1583), Magsimal®59 (Rheinfelden Alloys) и др., характеризующиеся удовлетворительной технологичностью при литье, хорошей коррозионной стойкостью, хорошим уровнем прочностных свойств и относительного удлинения. Среди недостатков сплавов этой системы следует выделить высокую линейную усадку и недостаточно хорошая герметичность тонкостенных отливок. Сочетание высокого уровня прочностных свойств, относительно удлинения и коррозионной стойкости реализуется в сплавах системы Al-Si с добавкой 0, 2-0, 5 масс. % магния, в частности, известны сплавы типа АК9 (ГОСТ1583), Silafont®36 (Rheinfelden Alloys), trimal®37 (Trimet) и др. Закалка существенно усложняет технологический цикл получения отливок, поскольку при ее использовании возможно коробление отливок (особенно при использовании закалки в воду), изменение габаритных размеров и появление трещин.
Известно изобретение НИТУ МИСиС, раскрытое в патенте RU2660492. Материал для использования в литом состоянии содержит (масс.%): 5.4-6, 4% кальция, 0, 3-0, 6% кремния и 0,8-1, 2% железа. Среди недостатков предложенного изобретения следует выделить низкое относительное удлинение, которое не превышало 2,6 %, что ограничивает использование материала в ответственных литых деталях.
Известен литейный сплав системы Al-Ni-Mn, предназначенный для получения структурных компонентов для автомобильного и аэрокосмического применения, являющийся альтернативой марочным силуминам, разработанный компанией Alcoa и раскрытый в патенте US6783730B2 (публ. 31.08.2004). Из этого сплава возможно получить отливки с хорошим сочетанием литейных и механических свойств при содержании (масс.%) 2-6 % Ni, 1-3 % п, 1 % Fe, менее 1 % кремния, а также при содержании других неизбежных примесей. Среди недостатков предложенного изобретения следует выделить то, что высокий уровень литейных и механических свойств обеспечивается использованием высоких по чистоте марок алюминия и при высоком содержании никеля, что существенно удорожает стоимость полученных отливок. Кроме того, предложенный материала является термически неупрочняемым во всем концентрационном диапазоне, что ограничивает его использование. При этом в области высоких концентраций никеля существенно снижается коррозионная стойкость отливок. Известны литейные алюминиевые сплавы на основе систем Al-Ni и А1- Ni-Mn и способ получения литых деталей из них, которые описанные в изобретении компании Alcoa US8349462B2 (публ. 08.01.2013) и заявке ЕР201 1055318 компаний Rheinfelden Alloys GmbH & Со. KG. В изобретении предложены составы сплавов для применения в литом состоянии. Общим в предложенных изобретениях является высокое содержание никеля 1-6 %, что определяет основной недостаток - существенное снижение коррозионной стойкости. При относительно невысоком содержании никеля и марганца литейные сплавы имеют невысокий уровень прочностных характеристик.
Известен материал на основе системы Al-Ni-Mn предложенный НИТУ «МИСиС» и раскрытый в патенте РФ 2478131С2 публ. 27.03.2013г. Материал содержит (масс.%): l,5-2,5%Ni, 0,3-0,7%Fe, 1-2%Мп, 0,02-0,2%Zr, 0,02%- 0,12%Sc и 0,002-0,1%Се. Отливки, полученные из сплава после отжига (без использования операции закалки) характеризуются временным сопротивлением не менее 250 МПа при относительном удлинении не менее 4 %. Первым недостатком данного сплава является его повышенная склонность к образованию сосредоточенной пористости, что затрудняет получение качественных относительно крупных отливок. Второй недостаток связан с необходимостью использования повышенных температур литья, что не всегда может быть реализовано в условиях литейных предприятий.
Наиболее близким к предложенному является материал, содержащий (масс.%) Al-3,5%Ca-0,9%Mn-0,5%Fe-0,l%Zr-0,l%Sc, раскрытый в публикации https://doi.Org/10.1016/j.msea.2019.138410. Авторами публикации рассмотрен материал в качестве деформированного сплава, в технологические цепочки которого исключена закалка в воду. Из публикации следует неочевидность использования указанного в публикации сплава для получения отливок и использования в литом состоянии. Среди недостатков предложенного изобретения следует выделить наличие дорогостоящего скандия, а также необходимость использования термической обработки для реализации эффекта упрочнения от совместной добавки циркония и скандия. Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание нового литейного алюминиевого сплава, предназначенного для получения тонкостенных отливок различными методами литья в металлическую форму, в частности, гравитационным, методом литья под высоким давлением, литьем под низким давлением, жидкой штамповкой, но не ограничиваясь, удовлетворяющего заданным требованиям по комплексу технологических и коррозионных характеристик.
Техническим результатом изобретение является обеспечение заданного сочетания технологических характеристик при литье и коррозионной стойкости.
Технический результат достигается тем, что предложен литейный сплав на основе алюминия, при следующих концентрациях легирующих элементов, масс. %: Кальций 1, 5-5,1 Цинк 0, 1-1, 8 Железо до 0,7
Кремний до 1,0 необязательно, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы
Марганец 0,2-2, 5
Титан 0,005-0,1
Цирконий 0,05-0,14
Хром 0,05-0,15
Алюминий и неизбежные примеси - остальное
В частном исполнении кальций и цинк в структуре представлены преимущественно в виде эвтектических частиц. Сплав выполнен в виде отливок.
Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретения, определенной первым пунктом формулы. Сущность изобретения
Благодаря выбранному сочетанию легирующих элементов предлагаемый сплав характеризуется узким интервалом кристаллизации, что в сочетание с большим количеством эвтектической фазы обеспечивает хороший уровень литейных характеристик, а благодаря элементам, растворяющимся в алюминиевом твердом растворе удовлетворительный уровень прочностных свойств в литом состоянии. При этом при различном сочетании выбранных легирующих элементов, в пределах заявляемой области, сохраняется коррозионной стойкость на хорошем уровне.
В качестве основного критерия допустимого выбора легирующих элементов являлось формирование желаемой структуры, исключающее наличие грубых первичных кристаллов и/или огрубление эвтектической фазы, обоснование концентрационного диапазона приведено ниже.
Концентрация (масс.%) кальция в интервале 1, 5-5,1% и цинка в интервале 0,1-1, 8% обеспечивают хорошие литейные свойства, благодаря тому, что кальций и цинк преимущественно формируют достаточное количество эвтектической фазы. Основной эффект совместного введения кальция и цинка заключается в образовании совместной эвтектической фазы A14(Ca,Zn), где атом цинка замещает атом кальция. Как результат дополнительно увеличивается уровень прочностных свойств. При содержании кальция менее заявленного уровня приведет к снижению литейных характеристик. При снижении цинка ниже заявленного уровня не будет наблюдаться значимого повышения прочностных свойств. Содержание кальция и цинка выше заявленного уровня приведет к формированию грубой структуры и значимому снижению механических свойств.
Содержание железа и кремния, прежде всего, определяется чистотой алюминия, используемого при приготовлении сплава. Однако железо и кремний могут быть и использованы в качестве легирующих элементов., благодаря тому, что кремний в количестве до 1,0 масс.% перераспределяется между твердым раствором и эвтектикой, что с одной стороны, обеспечивает повышение прочностных свойств за счет дополнительного твердорастворного упрочнения в литом состоянии, а с другой стороны, положительно влияет на литейные характеристики сплава благодаря увеличению количества эвтектики. При большем содержании кремния ухудшается морфологию эвтектической фазы, что в целом снижает прочностные характеристики. Железо в количестве до 0,5 масс.% преимущественно формирует фазы эвтектического происхождения, что положительно влияет на литейные характеристики сплава благодаря увеличению количества эвтектики. При увеличении концентрации железа выше 0,5 масс.% возможно огрубление эвтектической фазы и как следствие снижение механических свойств.
Марганец в количестве до 2,5 масс % необходим для повышения прочностных свойств, прежде всего в литом состоянии, за счет обеспечения твердорастворного упрочнения. При содержании марганца выше 2,5 масс.% в структуре могут быть сформированы первичные кристаллы фазы А1б(Те,Мн), которые способны привести к снижению механических характеристик. Содержание марганца менее 0,2 масс.% не будет приводить к значимому твердорастворному упрочнению и как следствие слабое повышение прочностных характеристик.
Цирконий и хром в заявленных пределах (масс.%) 0,05-0,14% и 0,05- 0,15% соответственно, необходимы для обеспечения твердорастворного упрочнения. При меньших концентрациях этих элементов не достигается значимого повышения прочностных характеристик в литом состоянии. При больших количествах потребуется повышение температуры литья выше типичного уровня, что снизит стойкость форм для литья, в противном случае, будет высока вероятность формирования первичных кристаллов фазы АЬСг и AlsZr, что не приведет к повышению уровня механических свойств от введения этих элементов.
Титан в количестве 0,005-0,1 масс.% необходим для модифицирования алюминиевого твердого раствора. При большем содержании титана в структуре возможно появление первичных кристаллов, которые снизят общий уровень механических свойств, а при меньшем - не будет реализован положительный эффект от влияния этого элемента. Титан может быть введен в виде многокомпонентной лигатуры, типа, Al-Ti-B и/или Al-Ti-C, поэтому в этом случае в сплаве возможно присутствие бора и углерода в соединениях с титаном, в количествах, пропорциональных содержанию соответствующей лигатуры. Бор и углерод, как самостоятельные элементы, применительно к рассматриваемому диапазону не оказали значимого влияния на механические и литейные свойства. Кроме того, в присутствии титана в некоторых случаях отмечено снижение склонного к формированию горячих трещин при литье.
Пример конкретного исполнения
Для приготовления сплавов использовались следующие шихтовые материалы (масс.%): Алюминий марки А99 и А8, цинк марки ЦО, кальций в виде металлического кальция и лигатуры А1-6Са, марганец в виде лигатуры А1-10%Мн, лигатура Al-10%Zr, Al-10%Cr, Al-5%Ti.
ПРИМЕР 1
Для оценки влияния легирующих элементов на структуру и свойства в лабораторных условиях было приготовлено 13 составов сплавов (табл.1).
Таблица 1 - Химический состав экспериментальных сплавов (масс.%)
Figure imgf000008_0001
Содержание остальных элементов типично не превышало 0,05 масс.%. Химический состав сплава выбирался из условия получения структуры, состоящей из алюминиевого твердого раствора и эвтектической составляющей. Литье образцов выполнялось гравитационным методом в металлическую форму «Отдельно отлитый образец». Температура формы - могла колебаться в интервале 20 -60 °C. Отливка представляла собой образец на растяжение диаметром 10 мм с расчетной длиной 50 мм, который испытывался на растяжение (с определением передела текучести, временного сопротивления разрыву и относительного удлинения) непосредственно после литья без механической обработки. Структура образцов оценивалась из головок образца.
Таблица 2 - Механические свойства в литом состоянии
(гравитационное литье в металлическую форму)
Figure imgf000009_0001
* - составы табл.1
Анализ структуры изученных сплавов показал, что структура рассмотренных композиций табл.1 преимущественно состоит из алюминиевого твердого раствора и эвтектических фаз, сформированных соответствующим элементами. При этом кальций и цинк во всех экспериментальных сплавах преимущественно представлены в виде эвтектических частиц.
Для использования в литом состоянии наиболее предпочтительны композиции 2, 5 и 12 ввиду хорошего соотношения предела текучести и относительного удлинения. Наиболее желаемая структура сплава, на примере композиции 5 (табл.1), приведена на фиг.1.
ПРИМЕР 2
Оценку коррозионной стойкости на примере составов 2, 5, 8 и 11 заявляемого сплава (таблица 1) проводили по методике ускоренных коррозионные испытания проводили методом воздействия нейтрального соляного тумана по программе: 1 цикл - выдержка в камере соляного тумана при распылении 5% раствора NaCl в течение 8 часов и температуре 25±1 °C, затем выдержка при температуре 35±3 °C без распыления раствора в течение 16 часов; всего: 7 циклов. Результат оценивался по изменению внешнего вида поверхности образцов и по глубине коррозионных повреждений (металлографический метод). В качестве эталона использовался сплав типа ADC6, характеризующийся наиболее высокой коррозионной стойкостью среди литейных алюминиевых сплавов.
Из сравнительного анализа результатов следует, что во время испытания цвет поверхности рассмотренных составов и эталона изменился с серебристого на серебристо- желтый, а также единичные повреждения поверхности до 10 мкм без значимых коррозионных поражений.
ПРИМЕР 3
Оценку литейных характеристик оценивали по показателю горяче ломкость (ИГ) с использованием «отливки арфа», где наилучшим показателем является получение отливки с максимальной длиной «стержня» (фиг.2). Оценка склонности к горячим трещинам проведена на примере сплавов 2, 4 и 12 (табл.1). В качестве сравнения использовался сплав типа ADC6. Показано отсутствие трещин в сплавах 2, 4 и 12 (табл.1), что является хорошим показателем на уровне большинства сплавов системы Al-Si, в отличие от сплава ADC6, у отливки из которого разрушилось около 40 % стрежней, начиная от максимальной длины.
ПРИМЕР 4
Для оценки механических свойств из состава сплава 12 (табл.1) были отлиты пластины толщиной 2 мм методом литья под давлением (HPDC). Литье осуществлялось с вакуумированием пресс-формы. Температура пресс- формы составляла около 150 °C. Температура расплава - 710 °C. Результаты испытания на разрыв образцов, вырезанных из литой пластины, приведены в таблице 3.
Таблица 3 - результаты испытания на разрыв пластины 2 мм, полученной литьем HPDC (литое состояние)
Figure imgf000011_0001

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Литейный сплав на основе алюминия со следующим распределением легирующих элементов, мае. %:
Кальций 1, 5-5,1
Цинк 0, 1-1, 8
Железо до 0,7
Кремний до 1,0 необязательно, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы
Марганец 0,2 -2, 5
Титан 0,005-0,1
Цирконий 0,05-0,14
Хром 0,05-0,15
Алюминий и неизбежные примеси - остальное
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит легирующие элементы при следующем их перераспределении, мае. %:
Кальций 2, 8-5, 0
Марганец 0,2- 1,2
Железо до 0,5
Кремний до 1 ,0
Цинк 0, 1-1, 6
3. Сплав по п.1 или 2, отличающийся тем, что кальций и цинк находятся в нем преимущественно в виде эвтектических частиц.
4. Сплав по любому из пи.1-3, отличающийся тем, что выполнен в виде отливки.
PCT/RU2021/050295 2020-09-16 2021-09-15 Литейный алюминиевый сплав Ceased WO2022060253A1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237012282A KR20230069152A (ko) 2020-09-16 2021-09-15 알루미늄 주조 합금
EP21869849.6A EP4215634A4 (en) 2020-09-16 2021-09-15 CASTING ALUMINUM ALLOY
JP2023517279A JP7693797B2 (ja) 2020-09-16 2021-09-15 アルミニウム鋳造合金
CN202180063010.8A CN116057193B (zh) 2020-09-16 2021-09-15 铝铸造合金
CA3195581A CA3195581A1 (en) 2020-09-16 2021-09-15 Aluminum casting alloy
MX2023003144A MX2023003144A (es) 2020-09-16 2021-09-15 Aleación de aluminio fundido.
US18/121,825 US20230212717A1 (en) 2020-09-16 2023-03-15 Aluminum casting alloy

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130578A RU2745595C1 (ru) 2020-09-16 2020-09-16 Литейный алюминиевый сплав
RU2020130578 2020-09-16

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/121,825 Continuation US20230212717A1 (en) 2020-09-16 2023-03-15 Aluminum casting alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022060253A1 true WO2022060253A1 (ru) 2022-03-24

Family

ID=75353198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050295 Ceased WO2022060253A1 (ru) 2020-09-16 2021-09-15 Литейный алюминиевый сплав

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20230212717A1 (ru)
EP (1) EP4215634A4 (ru)
JP (1) JP7693797B2 (ru)
KR (1) KR20230069152A (ru)
CN (1) CN116057193B (ru)
CA (1) CA3195581A1 (ru)
MX (1) MX2023003144A (ru)
RU (1) RU2745595C1 (ru)
WO (1) WO2022060253A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025171296A1 (en) 2024-02-09 2025-08-14 Revolution Medicines, Inc. Ras inhibitors

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4339316A4 (en) * 2021-05-14 2025-04-23 LG Electronics Inc. ALUMINUM ALLOY, ITS MANUFACTURING PROCESS AND PARTS USING IT
KR20250076581A (ko) * 2022-09-28 2025-05-29 옵쉬체스트보 에스 오그라니첸노쉬 오트베트스트벤노스트유 “인스티튜트 렉키크 마테리알로브 아이 테크놀로지쉬” 알루미늄 주조 합금
KR20240171365A (ko) 2023-05-30 2024-12-09 현대모비스 주식회사 차량용 조명장치
DE102024207364A1 (de) 2024-08-02 2026-02-05 Zf Friedrichshafen Ag Aluminiumlegierung

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB546899A (en) * 1941-10-23 1942-08-04 Nat Smelting Co Improvements in or relating to aluminium base alloys
US5573606A (en) * 1995-02-16 1996-11-12 Gibbs Die Casting Aluminum Corporation Aluminum alloy and method for making die cast products
US6783730B2 (en) 2001-12-21 2004-08-31 Alcoa Inc. Al-Ni-Mn casting alloy for automotive and aerospace structural components
US8349462B2 (en) 2009-01-16 2013-01-08 Alcoa Inc. Aluminum alloys, aluminum alloy products and methods for making the same
RU2478131C2 (ru) 2010-10-29 2013-03-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Термостойкий литейный алюминиевый сплав
RU2660492C1 (ru) 2017-11-03 2018-07-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Литейный алюминиево-кальциевый сплав
RU2672653C1 (ru) * 2017-11-16 2018-11-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав
RU2683399C1 (ru) * 2017-06-21 2019-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Сплав на основе алюминия

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4126448A (en) * 1977-03-31 1978-11-21 Alcan Research And Development Limited Superplastic aluminum alloy products and method of preparation
GB2055895A (en) * 1979-07-20 1981-03-11 British Aluminium Co Ltd Aluminium-calcium alloys
JPH11302765A (ja) * 1998-04-20 1999-11-02 Shinko Kosen Kogyo Kk 衝撃吸収性に優れた発泡金属
JP4523529B2 (ja) 2005-09-16 2010-08-11 株式会社神戸製鋼所 アルミニウム合金発泡体およびその製造方法
JP5305067B2 (ja) 2007-09-14 2013-10-02 日産自動車株式会社 アルミニウム合金からなる応力緩衝材料
KR101402896B1 (ko) * 2011-05-20 2014-06-02 한국생산기술연구원 알루미늄 합금 및 그 제조방법
CN104775054B (zh) 2015-03-29 2017-06-30 深圳市欣茂鑫实业有限公司 一种铝合金制品及其制备方法
CN108070746A (zh) 2016-11-14 2018-05-25 镇江市润州金山金属粉末厂 一种铝合金压铸件
RU2673593C1 (ru) 2017-05-30 2018-11-28 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Высокопрочный сплав на основе алюминия
RU2714564C1 (ru) 2019-08-15 2020-02-18 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Литейный алюминиевый сплав

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB546899A (en) * 1941-10-23 1942-08-04 Nat Smelting Co Improvements in or relating to aluminium base alloys
US5573606A (en) * 1995-02-16 1996-11-12 Gibbs Die Casting Aluminum Corporation Aluminum alloy and method for making die cast products
US6783730B2 (en) 2001-12-21 2004-08-31 Alcoa Inc. Al-Ni-Mn casting alloy for automotive and aerospace structural components
US8349462B2 (en) 2009-01-16 2013-01-08 Alcoa Inc. Aluminum alloys, aluminum alloy products and methods for making the same
RU2478131C2 (ru) 2010-10-29 2013-03-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Термостойкий литейный алюминиевый сплав
RU2683399C1 (ru) * 2017-06-21 2019-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Сплав на основе алюминия
RU2660492C1 (ru) 2017-11-03 2018-07-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Литейный алюминиево-кальциевый сплав
RU2672653C1 (ru) * 2017-11-16 2018-11-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4215634A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025171296A1 (en) 2024-02-09 2025-08-14 Revolution Medicines, Inc. Ras inhibitors

Also Published As

Publication number Publication date
RU2745595C1 (ru) 2021-03-29
JP7693797B2 (ja) 2025-06-17
JP2023542129A (ja) 2023-10-05
CA3195581A1 (en) 2022-03-24
CN116057193A (zh) 2023-05-02
EP4215634A4 (en) 2024-10-09
US20230212717A1 (en) 2023-07-06
MX2023003144A (es) 2023-06-16
CN116057193B (zh) 2025-04-18
KR20230069152A (ko) 2023-05-18
EP4215634A1 (en) 2023-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022060253A1 (ru) Литейный алюминиевый сплав
Zhang et al. Effect of yttrium-rich misch metal on the microstructures, mechanical properties and corrosion behavior of die cast AZ91 alloy
WO2013063488A2 (en) High performance aisimgcu casting alloy
US7718118B2 (en) Creep resistant magnesium alloy with improved ductility and fracture toughness for gravity casting applications
EP4093894B1 (en) Die cast aluminum alloys for structural components
RU2714564C1 (ru) Литейный алюминиевый сплав
JP6229130B2 (ja) 鋳造用アルミニウム合金及びそれを用いた鋳物
US20030084968A1 (en) High strength creep resistant magnesium alloys
WO2018222065A1 (ru) Высокопрочный сплав на основе алюминия
JP4526768B2 (ja) マグネシウム合金
US7169240B2 (en) Creep resistant magnesium alloys with improved castability
Aravindh et al. Effect of samarium (Sm) addition on microstructure and mechanical properties of AA5083 alloy
WO2024072262A1 (ru) Литейный алюминиевый сплав
WO2007114737A2 (en) Aluminium-based alloy
CA3135702C (en) Aluminium casting alloy
CN100366775C (zh) 高强度抗蠕变镁基合金
JP4526769B2 (ja) マグネシウム合金
RU2793657C1 (ru) Литейный алюминиевый сплав
Podprocká et al. Reducing the negative of the iron in the alloy based on al-Si-mg by manganese
Rzychon et al. The influence of wall thickness on the microstructure of HPDC AE44 alloy
RU2829183C1 (ru) Жаропрочные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы на основе систем Al-Cu-Y-Mg-Cr и Al-Cu-Er-Mg-Cr (варианты)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21869849

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202317011412

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023517279

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3195581

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237012282

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021869849

Country of ref document: EP

Effective date: 20230417

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 202180063010.8

Country of ref document: CN