Состав и свойства жаропрочных алюминиевых сплавов. Жаростойкие алюминиевые сплавы

Жаропрочный алюминиевый сплав - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Жаропрочный алюминиевый сплав

Cтраница 1

Жаропрочные алюминиевые сплавы широко применяются в различных отраслях промышленности, в том числе в авиационной и ракетной технике. [1]

Жаропрочные алюминиевые сплавы обладают способностью сохранять механические свойства при повышенных температурах, жаростойкостью против окисляющего воздействия горячих газов и малым коэффициентом термического расширения. [3]

Жаропрочные алюминиевые сплавы обладают спо-собностью сохранять механические свойства при по-вышенных температурах, жаростойкостью против окисляющего воздействия горячих газов и имеют небольшой коэффициент термического расширения. [4]

Жаропрочные алюминиевые сплавы АК4 - 1 ( 1 9 - 2 5 % Си; 1 4 - 1 8 % Mg; I-1 5 % Fe; 1 - 1 5 % Ni) и ВД17 ( 2 6 - 3 2 % Си; 2 0 - 2 4 % Mg; 0 45 - 0 70 % Мп) используют для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах. [6]

Жаропрочные алюминиевые сплавы широко применяются в различных отраслях промышленности, в том числе в авиационной и ракетной технике. [7]

Жаропрочные алюминиевые сплавы типа АК4 - 1 используют для деталей, работающих при температурах до 300 С. [8]

К жаропрочным алюминиевым сплавам относятся и дуралюмины Д20, Д21, легированные дополнительно титаном, и сплав АК 4 - 1, легированный железом и никелем. Эти сплавы способны работать при температуре 300 С, они хорошо деформируются в горячем состоянии, удовлетворительно свариваются, хорошо обрабатываются резаньем. Для защиты от коррозии подвергаются анодированию и покрытию лакокрасочными материалами. Сплав АК 4 - 1 используется для деталей реактивных двигателей. [9]

В жаропрочных алюминиевых сплавах железо в сочетании с никелем оказывает положительное влияние. В большинстве же случаев железо относится к вредным примесям в алюминии. Кремний на механические и физико-химические свойства алюминия влияет так же, как и железо. [10]

В 1965 - 1975 гг. разработаны новые жаропрочные алюминиевые сплавы АЛ30 и АК21М2Н2 5 с лучшими литейными свойствами и повышенной жаропрочностью. Из сплава АЛЗО отливают поршни автомобильных четырехтактных двигателей М-412. [12]

Магниевые сплавы по удельной прочности и жаропрочности превосходят наилучшие жаропрочные алюминиевые сплавы. [14]

Анализ взаимодействия процессов накопления циклических и статических повреждений, проведенный для жаропрочного алюминиевого сплава АК4 - 1 - Т1 в условиях мягкого и жесткого циклических нагружении с различной асимметрией и формой цикла, позволил также перейти к построению подобных схем, характеризующих предельные состояния сплава по условию малоциклового нагружения в связи с кинетикой накопления повреждений при различных уровнях температур, нагрузок и частот деформирования. [15]

Страницы: 1 2 3

www.ngpedia.ru

Жаростойкий сплав на основе алюминия

Жаростойкий сплав на основе алюминия для плазменных покрытий жаростойких сплавов на никелевой основе содержит, %: хром 20-24, кобальт 10-13, иттрий 13,5-17, алюминий - остальное. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет использовать его для плазменных покрытий жаростойких сплавов на никелевой основе, работающих в условиях агрессивной среды и высоких температур. 1 табл.

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано для получения жаростойких сплавов на основе алюминия для плазменных покрытий жаростойких сплавов на никелевой основе.

Известно коррозионностойкое покрытие, содержащее кобальт, хром, алюминий, иттрий и никель /1/. Недостатком его является то, что указанные элементы оказывают влияние на матрицу раздельно, не обеспечивая высокой жаростойкости покрытия. Известен никель-хромистый алюминид состава NiAl1,03Cr0,14 /2/, используемый в качестве жаростойкого материала при плазменно-лазерном легировании конструкционных сталей. Недостатком этого никель-хромистого алюминида является то, что его окисляемость при температурах выше 900oC более высокая и не обеспечивает повышенную жаростойкость покрытия. Известен сплав на основе алюминия следующего состава, %: 0,5 - 35 хрома, 0,5 - 35,0 кобальта, 0,5 - 25 иттрия, алюминий остальное /3/. Недостатком известного сплава является широкий диапазон ингредиентов сплава, что не позволит получить высокие антикоррозионные свойства во всем заявляемом интервале составов. Известен жаростойкий сплав на основе алюминия для плазменных покрытий на лопатках газовых турбин (прототип), содержащий, мас.%: 80 - алюминий, 5-15 - кремний, и/или медь, и/или марганец, и/или молибден, и/или никель - остальное /4/. Недостатком прототипа является очень высокое содержание алюминия, а следовательно низкая температура плавления сплава. Кроме того, в его составе отсутствуют такие коррозионно-стойкие компоненты, как хром, кобальт, иттрий. В целом этот сплав не может обеспечить высокую коррозионную стойкость покрытий деталей, работающих в условиях высоких температур в длительном режиме. Задачей предлагаемого изобретения является создание жаростойкого сплава на основе алюминия, обладающего высокой коррозионной стойкостью, что позволяет использовать его в качестве материала для плазменных покрытий жаростойких сплавов на основе никеля, работающих в условиях агрессивной среды и высоких температур. Поставленная задача достигается тем, что жаростойкий сплав на основе алюминия для плазменных покрытий жаростойких сплавов на никелевой основе, содержащий алюминий, согласно изобретению дополнительно содержит хром, кобальт, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром - 20,0 - 24,0 кобальт - 10,0 - 13,0 иттрий - 13,5 - 17,0 алюминий - остальное Предлагаемый сплав на основе алюминия обладает высокой коррозионной стойкостью за счет наличия в нем легирующих: хрома, кобальта, иттрия и позволяет повысить сопротивление коррозии матрицы покрытого металла, работающего в условиях агрессивной среды в течение длительного времени. Сплав получают следующим образом. Исходные материалы чистотой не менее 99,90 - 99,92% вводят в электродуговую вакуумную печь с медной подиной и сплавляют при 1600-1675oC в атмосфере гелия при давлении 400 - 500 мм рт.ст. путем трехкратного переплава в течение 20-30 минут и охлаждением со скоростью 20-40 град./с. После этого проводят гомогенизирующий вакуумный отжиг полученного материала при 1000-1100oC в течение 18-20 час. В результате такой технологии получают плотный, блестящий хрупкий сплав, имеющий микротвердость, измеренную с помощью прибора ПМТ-3, равную 67010 кгс/мм2. Полученный хром-кобальт-иттрий-алюминиевый сплав измельчается с классификацией по крупности от +50 до -95 мкм для плазменного напыления на образцы монокристаллического сплава на основе никеля ЖС-32, следующего состава (%): C - 0,15, Cr - 4,0, Co - 9,8, W - 8,3, Mo - 0,4, Al - 5,5, Nb - 1,2, Ta - 4,6, Re - 3,2, Ni - остальное. Плазменное напыление порошка хром-кобальт-иттрий-алюминиевого сплава на монокристаллический образец состоит из следующих этапов. Дробеструйной обработки рабочей поверхности образца, ее обезжиривания, нагрева до 120-170oC и нанесения покрытий толщиной 70-110 мкм за 1-2 (3) прохода плазмотрона. После этого поверхности образцов подвергались уплотнению с помощью ударов стеклянных микросфер диаметром 40 - 60 мкм. Финальные операции - диффузионный двухступенчатый отжиг при 900oC в течение 3-4 час и вторичный отжиг при температуре 1100oC в течение 18-20 час. В атмосфере гелия или чистого аргона. Результатом такой обработки является получение двухслойной поверхности образцов, состоящей из собственного покрытия и диффузионного слоя элементов покрытия в матричном металле. Это позволило получить высокую работу адгезии покрытия к матричному металлу и легирование элементами сплава наружных слоев матрицы глубиной до 400-800 мкм. Проведение после этого многочасовых испытаний образцов в воздушной среде при температуре 1000oC на жаростойкость показало высокую коррозионную стойкость, что видно в приведенной таблице. Как следует из приведенных в таблице результатов испытаний, новый сплав на основе алюминия, показанный как сплав М39-100, позволяет увеличить коррозионную стойкость монокристаллических образцов сплава ЖС-32 с 400 до 1200 часов, как и более дорогой хром-кобальт-иттриевый алюминид М38-100 (см. табл. ), т.е. в 3 раза. Кроме того, образцы чистого ЖС-32 (без покрытия) при выдержке 1600-1700 час теряют свою геометрию, растрескиваются и интенсивно окисляются, тогда как образцы с покрытием сплавом М39-100, несмотря на убыль веса, не имеют никаких дефектов до конца испытаний. Причем по убыли веса они несколько лучше, чем образцы с покрытием хром-кобальт-иттриевым алюминидом. Эта разница стабильна от начала до конца испытаний. Таким образом, известный по патенту сплав с высоким содержанием алюминия не позволит решить поставленную задачу по обеспечению высокой коррозионной жаростойкости, что гарантирует заявляемый нами состав сплава с определенными пределами содержания алюминия и легирующих компонентов.

Формула изобретения

Жаростойкий сплав на основе алюминия для плазменных покрытий жаростойких сплавов на никелевой основе, содержащий алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, кобальт и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хром - 20,0 - 24,0 Кобальт - 10,0 - 13,0 Иттрий - 13,5 - 17,0 Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Похожие патенты:

Изобретение относится к покрытию металлических материалов и может быть использовано для защиты поверхности слябов титановых сплавов от газонасыщения при нагреве под горячую деформацию

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для защиты поверхности слитков титановых сплавов от газонасыщения перед операцией технологического нагрева пол горячую деформацию

Изобретение относится к области порошковой металлургии и нанесению покрытий

Изобретение относится к способам изготовления деталей с упрочненной рабочей поверхностью и включает газотермическое напыление на металлическую основу керамического материала и последующее диффузионное насыщение путем выдержки детали при постоянной температуре в шихте, содержащей легирующие элементы, в течение времени, достаточном для образования в поверхностном слое непрерывного ряда насыщенных твердых растворов легирующих элементов

Изобретение относится к технологии нанесения металлических покрытий и может быть использовано в машиностроении

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к материалам для плазменного напыления защитных и износостойких покрытий

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к наплавочным сплавам для сталей и чугунов

Изобретение относится к области нанесения антифрикционных покрытий на контактируемые и трущиеся поверхности

Изобретение относится к изделию для направления горячего окисляющего газа с подверженной воздействию газа поверхностью, образованной сплавом, который содержит следующие существенные весовые доли: 10 - 40% хрома, по выбору другие элементы, среди них алюминий 0 - 20%, кремний 0 - 10%, реактивные элементы из группы, включающей иттрий, скандий и редкоземельные элементы, а также остаток, в последующем называемый также основой, из одного элемента или нескольких элементов из группы, включающей железо, кобальт и никель

Изобретение относится к многослойному защитному слою для защиты детали от коррозии и окисления при высокой температуре, а также от термической перегрузки, к способу покрытия детали многослойным защитным слоем, а также к покрытой многослойным защитным слоем детали, в частности, детали газовой турбины

Изобретение относится к области плазменных покрытия и может быть использовано для защиты элементов конструкций и изделий ракетно-космической техники (РКТ) от электростатических зарядов и обеспечения теплового режима их эксплуатации

Изобретение относится к покрытиям, работающим в морской и пресной воде, и может быть использовано в машиностроении, нефтедобычеи металлургии

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости лопастей турбин и насосов, элементов двигателей и другого оборудования, процесс эксплуатации которых характеризуется одновременным воздействием различных видов износа (каплеударная и абразивная эрозия, различные виды коррозии, эрозия-коррозия, кавитация, повышенная агрессивность среды, повышенное трение)

Изобретение относится к нанесению покрытий, в частности к материалам для газотермического напыления покрытий, и может быть использовано для получения износостойких покрытий на деталях различного назначения

Изобретение относится к области металлургии, более конкретно к нанесению металлических покрытий, и может быть использовано в качестве защитных слоев на деталях, эксплуатируемых в различных областях техники (судостроении, машиностроении, энергетики и т.п.) преимущественно в условиях совместного воздействия коррозии и абразивного износа

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для наплавки деталей, испытывающих износ трением металла по металлу в условиях многократных теплосмен, например, валков горячей прокатки, опорных валов, деталей металлургического оборудования и др

www.findpatent.ru

Алюминий жаростойких сплавах - Справочник химика 21

Для защиты от газовой коррозии используют в основном жаростойкие сплавы. Так, например, чтобы уменьшить скорость окисления углеродистой стали при 900 °С в три раза, достаточно ввести в нее 3,5 % алюминия в четыре раза — 5,5 % алюминия. Кроме жаростойкого легирования используется метод, заключающийся в применении защитных атмосфер. Газовая среда не должна содержать окислителей, находящихся в контакте со сталью, и восстановителей в контакте с медью. В качестве защитной атмосферы при термической обработке и сварке применяют инертные газы — аргон и азот. Также можно осуществлять термическую обработку сталей в атмосфере, содержащей азот, водород и оксид углерода. Сварка титановых и алюминиевомагниевых сплавов должна осуществляться в защитной среде аргона. [c.52] При уменьшении этого соотношения содержаний хрома и алюминия жаростойкость сплавов возрастает (см. табл. 14.18). [c.425]

Положительное влияние железа отмечено также при исследовании конструкционных жаростойких сплавов [42]. Данные по составу окалины показывают, что при увеличении суммарного содержания хрома и железа выше 30 % в окалине закономерно возрастает количество окиси алюминия (рис. 39), что свидетельствует об увеличении коэффициента [c.78]

Сплавы системы Fe—Сг—Al являются самыми жаростойкими среди всех известных деформируемых сплавов. В СССР фундаментальные исследования системы Fe—Сг—Л1 проведены под руководством И.И.Корнилова. В широких пределах подробно исследовано влияние состава на структуру, физические, механические свойства и жаростойкость сплавов. Исследования показали, что при содержании алюминия порядка 5 % сплавы по жаростойкости значительно превосходят нихромы. [c.88]

В химической промышленности сплавы на основе железо-хром-алюминий нашли широкое применение и служат заменителями нихрома. Это одни их самых жаростойких сплавов. Хромаль стоек до 1200 °С, фехраль, более дешевый — до 1000 °С. Оба сплава хорошо противостоят разрушению в окислительной атмосфере, менее стойки в восстановительной атмосфере (Н2, СО, Н2О) и неустойчивы [c.193]

Алюминий характеризуется высоким сопротивлением газовой коррозии вплоть до температур его плавления (660 °С). Однако уже при температуре выше 300 С алюминию свойственна высокая ползучесть и совершенно недостаточная механическая прочность. Легирование алюминием многих сплавов (например, на основе железа) заметно повышает их жаростойкость и часто используется для этой цели. Наиболее распространенный вид противокоррозионной защиты алюминия и его сплавов—искусственное образование более сплошных, прочных и утолщенных слоев оксидов, что достигается обработкой в окислительных растворах или методом анодного оксидирования [c.265]

Добавка алюминия к меди оказалась наиболее эффективной для улучшения жаростойкости сплавы с 6—8% А1 можно считать жаростойкими при температурах до 800° С [99]. Сплавы с 8% AI считаются также достаточно стойкими против воздействия хлора и хлористого водорода при 350° С [100]. [c.284]

Для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию коррозионноактивных газов, применяют жаростойкие сплавы. Для придания жаростойкости стали и чугуну в их состав вводят хром, кремний, алюминий применяются также сплавы на основе никеля или кобальта. Защита от газовой коррозии осуществляется, кроме того, насыщением в горячем состоянии поверхпости изделия некоторыми металлами, обладающими защитным действием. К, таким металлам принадлежат алюминий и хром. Защитное действие этих металлов обусловлено образование.м на их поверхносги [c.554]

Алюминий широко применяют в авиационной и автомобильной промышленности в составе легких сплавов, отличающихся ценными механическими свойствами. Большой практический интерес представляет повышение жаростойкости сплавов при введении в них алюминия. Добавление алюминия в латунь, а также в оловянистую [c.237]

Кроме редких металлов для производства жаропрочных и жаростойких сплавов нашли широкое применение никель, кобальт, марганец, хром и медь. Для конструкционных сплавов применяются алюминий, магний, бериллий и некоторые редкоземельные элементы, например, неодим. Как на сравнительно новые и очень перспективные конструкционные материалы следует указать на титан и его сплавы, обладающие наибольшей удельной прочностью и высокой коррозионной устойчивостью. [c.13]

Уравнение (IV. 44) может найти применение при изучении диффузионных покрытий. Насыщение поверхности металлов алюминием, хромом, кремнием, никелем, т. е. довольно окалиностойкими материалами, позволяет существенно повысить жаростойкость изделий. В данном случае как бы создается на поверхности основного металла слой жаростойкого сплава, который и защищает деталь от окисления. Теория создания жаростойких сплавов и механизм их окисления хорошо разработаны качественно и количественно [14, 20— 26]. [c.189]

Большой практический интерес представляет повышение жаростойкости сплавов других металлов при введении в них алюминия. О влиянии алюминия на жаростойкость железных сплавов уже говорилось выше. Добавление алюминия в латунь также повышает ее жаростойкость. [c.26]

Введение в медь алюминия и бериллия увеличивает жаростойкость и жаропрочность меди, а алюминиевые бронзы с бериллием применяются как жаростойкие сплавы. [c.27]

Основными способами защиты от газовой коррозии являются легирование металлов, создание защитных покрытий и замена агрессивной газовой среды. Для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию коррозионно-активных газов, применяют жаростойкие сплавы. Для придания жаростойкости стали и чугуну в их состав вводят хром, кремний, алюминий применяются также сплавы на основе никеля или кобальта. Защита от газовой коррозии осуществляется, кроме того, насыщением в горячем состоянии поверхности изделия некоторыми металлами, обладающими защитным действием. К таким металлам принадлежат алюминий и хром. Защитное действие этих металлов обусловлено образованием на их поверхности весьма тонкой, но прочной оксидной пленки, препятствующей взаимодействию металла с окружающей средой. В случае алюминия этот метод носит название алитирования, в случае хрома — термохромирования. Для защиты используют и неметаллические покрытия, изготовленные из керамических и керамико-металлических (керметы) материалов. [c.687]

Окисление металлов при их нагревании приносит промышленности большие убытки. Вследствие того что стойкость обычных железных сплавов против газовой коррозии крайне невелика, изделия, предназначаемые для работы при высоких температурах, изготовляют из специальных жаростойких сплавов или, если возмо жно, наносят покрытия, повышающие устойчивость обычных железных сплавов против действия газовой коррозии. Повышение жаростойкости металла достигается насыщением его поверхностного слоя алюминием (алитирование). кремнием (силицирование), хромом (термохромирование). Практикуются также процессы насыщения сплавами алюминий-кремний, хром-кремний. Для защиты стальных изделий от атмосферной коррозии применяют насыщение их поверхности цинком. [c.153]

Для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию коррозионноактивных газов, применяют жаростойкие сплавы. Для придания жаростойкости стали и чугуну в их состав вводят хром, кремний, алюминий применяются также сплавы на основе никеля или кобальта. Защита от газовой коррозии осуществляется, кроме того, насыщением в горячем состоянии поверхности изделия некоторыми металлами, обладающими защитным действием. К таким металлам принадлежат алюминий и хром. Защитное действие этих металлов обусловлено образованием на их поверхности весьма тонкой, но прочной оксидной пленки, препятствующей взаимодействию металла с окружающей средой. В случае алюминия этот метод носит название алитирования, в случае хрома—термохромирования. [c.548]

Требование жаропрочности предъявляется к материалам, из которых выполняются нагруженные детали, работающие при высоких температурах, например детали конвейерной ленты, направляющие толкательной печи, нагревательные элементы с заметными нагрузками от собственного веса. Жаростойкость сплавов обычно достигается введением более или менее значительного количества хрома с добавкой в отдельных случаях вспомогательных легирующих элементов, например алюминия. [c.73]

Алюминии и кремний увеличивают сто11кость снла ов г, окислительных средах. Эти элементы используют главным образом для юлучепия жаростойких сплавов и специальных чугунов. [c.205]

Основные жароупорные материалы — это сплавы на базе железа со специальными легирующими добавками. Хром и алюминий придают сплавам жаростойкость — способность противостоять окислению при высоких температурах. Никель повышает механическую прочность сплава в условиях работы материала при высоких теш пературах и улучшает обрабатываемость. [c.41]

НИХРОМ [от ни(кель) и хром] — жаростойкий сплав никеля с хромом один из никеля сплавов. Запатентован (1905) в США. Содержит 65—80% N1, Ю—30% Сг. Легируют сплав кремнием (до 1,5%) или алюминием (до 3,5%), микродобавками редко-и щелочноземельных элементов. Наиболее распространен сплав, содержащий 20% Сг. В СССР выпускают сплавы марок Х20Н80-П, Х20Н75Ю и ХН70Ю. П. отличается редким сочетанием высокой жаростойкости (до [c.85]

Очень немногие люди могут утверждать, что своими собственными глазами видели такие металлы, как титан, неодим, литий, рубидий, европий или тантал, хотя эти элементы не так уж и редки. Например, природные запасы рубидия в 45 раз больше, чем свинца. А кто скажет, что свинец-редкий металл Выражение редкий означает только то, что до сих пор этот металл добывался лишь в относительно малых количествах, так как известны очень небольшие пригодные для разработки его месторождения. Сегодня эти так называемые редкие металлы - материалы для новой техники. Титан-коррозионно-устойчивый соперник алюминия и сталей, применение которого в химической промышленности особенно резко возросло в последние годы. Уран и торий - материалы энергетики будущего. Тантал-родоначальник особо прочных кислого- и жаростойких сплавов. Без платины, палладия и родия была бы немыслима химия катализаторов. Более 98% мировых запасов платиновых металлов, которые в 1971 г. исчислялись в 14 тыс. т, находятся в Южной Африке, Канаде и СССР. Мировое производство их составляет 119 т, причем 60% этого количества приходится на долю Советского Союза. Интересно то, что через 20 лет примерно половину производства благородных металлов будут составлять родий и палладий, выделенные из радиоактивных отходов ядерных реакторов. Желательно было бы из той же атомной мельницы получать теллур-99. Этот элемент-не только ценный сверхпроводник, но и отличный ингибитор коррозии. При незначительной его концентрации (до 0,1 мг/л) железо не ржавеет ни в воде, ни в солевых растворах даже при повышенных температурах. [c.28]

Алюминий резко снижает скорость окисления. Добавка 1% А1 приводит к снижению скорости окисления на 40 7о- Алюминиевая бронза (с 8%А1) не обнаруживает каких-либо изменений при 800° С. Бериллий действует аналогично алюминию, но сильнее добавка 2,4% Ве позволяет получить практически жаростойкий сплав (рис, 3,33, 6), В отношении образования окалины латунный сплав с 20% 2п примерно соответствует бронзе с 1% Ве 1% бериллие-вой. Латунь с 40% 2п несколько менее стойка. Окалина состоит исключительно из окиси цинка. [c.273]

Часто РЗМ образуют с вредными примесями тугоплавкие соединения, что устраняет легкоплавкие включения серы, фосфора, мышьяка в стали и в сплавах никеля. В медных сплавах РЗМ устраняют включения свинца и висмута. У сплавов на основе хрома следы РЗМ улучшают структуру поверхностной окисной пленки, а это увеличивает жаростойкость сплавов. В отдельных случаях микродозы РЗМ повышают температуру рекристаллизации, что способствует жаропрочности металла. Если добавить неодим в сплавы на основе магния, титана и алюминия, то существенно возрастет предел их длительной прочности при высоких температурах. [c.145]

Сопротивление окислению жаростойких сплавов ири высоких температурах, как было указано ранее, обусловлено образованием иа иоверхности металла защитной хорошо сцепленной с ним окисной пленки. Существует большое количество легированных стале( 1, обладающих высокой жаростойкостью в сочетании с жароирочностью при нагреве до 1200° С и выше. Осиов-иы.ми легирующими. элементами, иридаюиичми жаростойкость келезным сплавам, являются хром, кремний, алюминий, никель н некоторые другие, добавка которых обусловливается характером и составом газовой среды, необходимостью улучшения меха1 ических н других свойств силава (см. гл. X). [c.234]

Бериллий, образуя сплавы со многими металлами, придает им твердость, прочность, жаростойкость и коррозионную устойчивость. Сплавы меди с 1—3% Ве, называемые бернллневыми бронзами, прн старении становятся прочнее. Они в 2 раза тверже нержавеющей стали. Не искрят при ударе, в 2,5 раза быстрее, чем сталь, проводят звук. Поэтому нз них делают пресс-формы, ударные Наконечники шахтерских молотков, гонги, музыкальные трубы, подшипники, пружины, шестерни. Сталь с добавкой 1% Ве сохраняет упругость при температурах красного каленйя и называется рессорной сталью. Легкие, прочные и жаростойкие сплавы бериллия на основе алюминия, магния нли титана применяют в авиа- и ракетостроении. [c.299]

Общий характер влияния алюминия на жаростойкость сплавов никель-хром при 1200°С показан па рис. 35. Результаты получены путем изотермического окисления образцов в атмосфере очищенного кислорода в течение 10 ч (данные A. . Тумарева и Л.А. Панюшина). Из рис. 35 видно, что алюминий повышает жаростой-костьо Однако судить о количествен- [c.63]

Для расчета срока службы нагревателей иэ железохромоалюминиевых сплавов применен иной метод [ 83]. В основу расчета положена зависимость изменения концентрации алюминия в сплавах в процессе эксплуатации при различных температурах, поскольку жаростойкость железохромоалюминиевых сплавов, в первую очередь, определяется концентрацией алюминия. Показано, что иэменение концентрации алюминия и [c.136]

ФЕХРАЛЬ [от лат. е(ггиш) — железо, хр(ом) и ал(юминий)] — жаростойкий сплав на основе системы железо — хром — алюминий. В СССР выпускают сплав марки Х13Ю4, содержащий 12—15% Сг, [c.650]

ИЛИ азота, ухудшающего механические свойства сплава. С этой точки зрения полезно легирование металлами, снижающими растворимость кислорода и азота, напри мер, молибденом и вольфрамом. Максимальной жаростой костью обладают сложнолегированные сплавы. Напри мер, повышение жаростойкости сплавов НЬ—Т1 дости гают легированием их алюминием, вольфрамом, хромом цирконием, никелем и иттрием. Сплав на основе ниобия содержащий Т — 25, А1 — 8, V — 0,2 %, окисляется при 1100 °С со скоростью 0,15 мг-см -ч . Скорость окисления при 1100 °С сплава, содержащего Т1 — 20, W— 10, N1 — 4%, равна 1,4 мг-см >ч" . Таким образом, достигнуто примерно 100-кратное увеличение жаростойкости ниобия. Однако жаростойкое легирование часто приводит к снижению жаропрочных свойств. Этого недостатка лишены сплавы ЫЬ——Т1, дополнительное легирование которых металлами группы железа снижает скорость окисления при 1200 °С до 2,7 мг-см -4" . К этой [c.429]

Сплав ЭИ894 отличается от сплава ВЖ98 более низким содержанием хрома (22,4 о) и вольфрама (5,7%), отсутствием молибдена и более высоким содержанием кремния (1%), железа (9,7 .э), алюминия (3,1%) и титана (1,1/о). Его жаростойкость во всех трех атмосферах при 900 и 1000° близка к жаростойкости сплава ВЖ98, по ниже ее при 1100 и 1200° (фиг. 3 и табл. 4). [c.35]

Содержание в этом сплаве кремния, хрома, железа, алюминия и титана ниже, а никеля выше, чем в сплаве ЭИ894, совсем отсутствует вольфрам, но содержится 1% МЬ и 2,1% Мо (табл. 1). Жаростойкость сплава при 900 выше, а при более высоких температурах ниже, чем у сплава ЭИ894 (фиг. 3 и табл. 4), и заметно возрастает с увеличением окислительной способности атмосферы (фиг. 5). [c.36]

Этот сплав отличается от сплава ЭИ894 значительным содержанием железа, более низким содержанием никеля, кремния, алюминия и вольфрама (табл. 1). Жаростойкость сплава в воздухе несколько ниже, а в продуктах сжигания газа с а = 1,5 и 0,8 —несколько выше, чем сплава ЭИ894 (фиг. 3 и табл. 4). [c.36]

Стеклометаллические покрытия состоят из стекловидной фазы и тонкодиснерсных металлических наполнителей (порошкообразные никель, нихром, хром, феррохром, алюминий, сложные сплавы и др.). Они характеризуются повышенной ударной прочностью, некоторые из них сравнительно жаростойки. На сталях испытаны покрытия 50-0, А-2, В, В-1 на чугуне — 30-70 и др. [c.264]

Основные компаненты для жаростойких сплавов на железной основе — хром, кремний, алюминий, так как они сильно повышают защитные свойства высокотемпературной окалины. Добавки молибдена, а также кобальта и вольфрама позв оляют повысить жаро(проч1ность сплава. [c.65]

Изделия, предназначенные для работы в жидких средах (вода, растворы солей, кислот, щелочей), защищают металлическими и неметаллическими по рытия1ми. Для работы в условиях высоких температур применяют изделия, изготовленные из хромистых, хромоникелевых и других сплавов. Однако специальные жаростойкие сплавы дороги, поэтому в промышленности получили распространение расомотренные ранее диффузиоганые окалиностойкие покрытия простой углеродистой стали хромом,, алюминием, кремнием. [c.85]

Алюминий вводится в сталь главным образом для раскисления и для регулирования величины зерна аустенита. Он является сильным раскислителем и дегазификатором при выплавке стали. Алюминий вводится в конструкционные марки сталей, предназначаемые для целей азотирования, и некоторые сорта жаростойких сплавов. [c.170]

Нагревательные элементы изготавливаются главным образом из хромо-железо-алюминие-вых сплавов, обладающих большим омическим сопротивлением и высокой жаростойкостью (нихромы или фехрали). Тепло, выделяющееся при прохождении электрического рис. тока через нагревательные элементы, передается стенкам обогреваемого аппарата /. Печь /-обогреваемый аппарат , з- [c.339]

chem21.info

8.1.2. Алюминий и его сплавы.

Алюминий отличают низкая плотность, высокие тепло- и электропроводность, хорошая коррозионная стойкость во многих средах за счет образования на поверхности металла плотной оксидной пленки Al2O3. Отожженный технический алюминий (σВ = 80 МПа,δ= 35%.) упрочняется холодной пластической деформацией. Свойства нагартованного (Н) технического алюминияσВ = 150 МПа,δ= 6%. Алюминий высокопластичен и легко обрабатывается давлением, однако при обработке резанием возникают осложнения из-за налипания металла на инструмент.

Маркировка и классификация алюминиевых сплавов.

В настоящее время одновременно существуют две маркировки сплавов: старая буквенно-цифровая, и новая – цифровая. (К новой маркировке я отношусь скептически, поэтому давать не буду, изучите сами).

Алюминиевые сплавы подразделяются (в основном) на деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы.

Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичностиразделяют на две основные группы:

А) сплавы с добавлением марганца или магния (АМц и АМг6), не упрочняемые термической обработкой. Их используют в отожженном (М), нагартованном (Н), или полунагартованном (П) состояниях. Эти сплавы хорошо свариваются. Их применяют для изготовления коррозионностойких изделий, получаемых методами глубокой вытяжки и сварки (например, сварных бензобаков, топливных, маслянных и воздушных трубопроводов и т.п.).

Б) сплавы системы Al-Mg-Si(АВ, АД31, АД33), упрочняемые закалкой (520…530) и искуственным старением (150…170 С, 10…12 часов). Эти сплавы не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением. В закаленном и состаренном состоянии они удовлетворительно обрабатываются резанием, а также свариваются с помощью точечной, шовной и аргонодуговой сварки. Сплав АВ из данной группы отличается большей прочностью.

Из этих сплавов изготавливают лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов, элементы кабин вертолетов.

Сплавы системы Al-Cu-Мg – дуралюмины Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17. Свариваются точечной сваркой, обрабатываются резанием (в термоупрочненном состоянии). Однако склонны к межкристаллической коррозии после нагрева. Значительное повышение коррозионной стойкости сплавов достигается плакированием. Работают до температур 220 С (сплавы Д19 и ВД17 до 250).

В авиации дуралюмины находят самое широкое применение: элементы силового каркаса крыла и фюзеляжа, обшивка дозвуковых самолетов, лопасти воздушных винтов (Д1).

Высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu(В93, В95, В96Ц) благодаря закалке и старению характеризуются большими значениями временного сопротивления (доσВ=700Мпа). Однако они сильно боятся концентраторов напряжений. Используют для изготовления высоконагруженных элементов конструкции работающих на сжатие. Рабочая температура высокопрочных сплавов не превышает 120 С.

Ковочные сплавыАК6 и АК8 (системыAl-Si-Mg-Cu) обладают высокой пластичностью при горячей обработке давлением. Удовлетворительно свариваются. Хорошо обрабатываются резанием. Для повышения коррозионной стойкости элементы конструкции анодируют (электрохимически оксидируют) или наносят лакокрасочные покрытия.

Из ковочных сплавов изготавливают ковкой и штамповкой детали самолетов, работающие под нагрузкой (лонжероны, рамы, пояса, кронштейны). Эти сплавы способны работать и при криогенных температурах.

Жаропрочные алюминиевые сплавыAl-Cu-Мn(Д20, Д21), и

Al-Cu-Mg-Fe-Ni(AK4-1) применяют для изготовления деталей, работающих при температурах до 330 С (поршни, головки цилиндров, диски и лопатки компрессоров). Легирование достигается за счет легирования никелем и железом, образующие сложнолегированные мелкодисперсные упрочняющие фазы (при закалке с 530 С, старение при 190 С, 8-12ч).

Литейные алюминиевые сплавы.

Основные требования – это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими свойствами.

Конструкционные герметичные сплавысистемAl-Si(AЛ-2)Al-Si-Mg(АЛ4, АЛ9, АЛ34). Силумины обладают хорошими литейными свойствами, удовлетворительной обрабатываемостью резанием и коррозионной стойкостью. В то же время структура сплава АЛ2, представляющая собой игольчатую грубую эвтектику с включениями кристаллов первичного кремния, не обеспечивает требуемых механических свойств. Термической обработкой этот сплав не упрочняется.

Легированные силумины АЛ4, АЛ9, АЛ34 упрочняются термической обработкой. Эти сплавы используют для изготовления средних и крупных литых деталей (корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания). Сплав АЛ34 применяется для отливок, получаемых литьем под давлением (блоков цилиндров автомобильных двигателей), и отличается хорошим комплексом технологических свойств.

Высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы.

В эту группу входят сплавы системы Al-Cu-Mn(АЛ19),Al-Cu-Mn-Ni(АЛ33). Легирование сплава АЛ19 титаном обеспечивает ему высокие механические свойства (в том числе и динамическое нагружение) при комнатной и низких температурах, а дополнительное легирование церием и цирконием – жаропрочность при температурах до 350 С. Сплав отличается хорошей обрабатываемостью резанием и свариваемостью, но пониженной коррозионной стойкостью и имеет пониженные литейные свойства. Сплав упрочняется закалкой с 545 С (12ч) и старением при 175 С (3…6ч). Сплав широко используется для литья крупногабаритных отливок в песчаные формы.

Коррозионностойкие литейные алюминиевые сплавы

Сплавы системы Al-Mg(АЛ8, АЛ27) иAl-Mg-Zn(АЛ24) обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, обрабатываются резанием и свариваются. Сплавы (АЛ8, АЛ27) подвергаются закалке в масле без старения. Имеют плохие литейные свойства и низкую (до 80 С) жаропрочность. Жаропрочность сплава АЛ24 сохранияется до 150 С.

Продукция

Описание

Цены

Стандарты

Статьи

Фото

Жаростойкие и жаропрочные сплавы обладают высокой жаропрочностью и жаростойкостью, что определяет их применение в качестве конструкционных материалов для изготовления изделий с повышенными требованиями к механической прочности и коррозионной стойкости при высоких температурах. На странице представлено описание данных сплавов: свойства, области применения, марки жаростойких и жаропрочных сплавов, виды продукции.

Основные сведения о жаростойких и жаропрочных сплавах

Жаропрочные сплавы и стали - материалы, работающие при высоких температурах в течение заданного периода времени в условиях сложно-напряженного состояния и обладающие достаточным сопротивлением к коррозии в газовых средах.

Жаростойкие сплавы и стали - материалы, работающие в ненагруженном или слабо-нагруженном состоянии при повышенных температурах (более 550 °C) и обладающие стойкостью к коррозии в газовых средах.

Активный интерес к подобным материалам стал проявляться в конце 30-х годов XX века, когда появилась необходимость в материалах способных работать при достаточно высоких температурах. Это связано с развитием реактивной авиации и газотурбинных двигателей.

Основой жаростойких и жаропрочных сплавов могут быть никель, кобальт, титан, железо, медь, алюминий. Наиболее широкое распространение получили никелевые сплавы. Они могут быть литейными, деформируемыми и порошковыми. Наиболее распространенными среди жаропрочных являются литейные сложнолегированные сплавы на никелевой основе, способные работать до температур 1050-1100 °C в течение сотен и тысяч часов при высоких статических и динамических нагрузках.

Классификация жаропрочных и жаростойких сплавов

Поскольку речь идет о жаростойких и жаропрочных сталях и сплавах, то стоит дать определение терминам жаропрочность, жаростойкость.

Термины и определения

Жаропрочность - способность сталей и сплавов выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени. При температурах до 600°С обычно применяют термин теплоустойчивость. Можно дать более строгое определение жаропрочности.

Под жаропрочностью также понимают напряжение, вызывающее заданную деформацию, не приводящую к разрушению, которое способен выдержать металлический материал в конструкции при определенной температуре за заданный отрезок времени. Если учитываются время и напряжение, то характеристика называется пределом длительной прочности; если время, напряжение и деформация - пределом ползучести.

Ползучесть - явление непрерывной деформации под действием постоянного напряжения. Длительная прочность - сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры.

Жаростойкость характеризует сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.

Классификация

Можно выделить несколько классификаций сплавов и сталей, которые работают при повышенных и высоких температурах.

Наиболее общей является следующая классификация жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов:

Теплоустойчивые стали - работают в нагруженном состоянии при температурах до 600°С в течение длительного времени. Примером являются углеродистые, низколегированные и хромистые стали ферритного класса.
Жаропрочные стали и сплавы - работают в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладают при этом достаточной жаростойкостью. Примерами являются стали аустенитного класса на хромоникелевой или хромоникельмарганцевой основах с различными легирующими элементами и сплавы на никелевой или кобальтовой основе.
Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы - работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 550°С и обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах. В качестве примера можно привести хромокремнистые стали мартенситного класса, хромоникелевые аустенитные стали, хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса, а также сплавы на основе хрома и никеля.

Также существует классификация по способу производства:

литейные;
деформируемые.

Свойства жаростойких и жаропрочных сплавов

Для жаропрочных сплавов и сталей основным полезным свойством с практической точки зрения является способность материала выдерживать механические нагрузки в условиях высоких температур. Существуют различные схемы нагружения жаропрочных материалов: статические растягивающие, изгибающие или скручивающие нагрузки, термические нагрузки вследствие изменений температуры, динамические переменные нагрузки различной частоты и амплитуды, динамическое воздействие скоростных газовых потоков на поверхность. При этом указанные материалы должны выдерживать соответствующий тип нагружения.

Основным практически полезными свойствами жаростойких сталей и сплавов является коррозионная стойкость материала в газовых средах при высоких температурах.

В то же время, с точки зрения производства готовых изделий важную роль играют технологические свойства. При создании деформируемых сплавов необходимо обеспечить достаточную технологическую пластичность при обработке давлением, в том числе при температурах 700-800 °С, а литые сплавы должны иметь удовлетворительные литейные свойства (жидкотекучесть, пористость).

Марки жаропрочных и жаростойких сплавов

Жаропрочные стали и сплавы на никелевой основе

В настоящее время сплавы на никелевой основе имеют наибольшее значение в качестве жаропрочных материалов, предназначенных для работы при температурах от 700 до 1100°С.

Сплав ХН77ТЮР (ЭИ437Б и ЭИ437БУВД) Химический состав по ГОСТ 5632-72, ТУ 14-1-402-72, % (по массе):

сплава ЭИ437Б - 19-22 Cr; 2,4-2,8 Ti; 0,6-1,0 Al;
сплава ЭИ437БУ - 19-22 Cr; 2,5-2,9 Ti; 0,6-1,0 Al;

Технологические данные:

сплав изготавливается в открытых дуговых или индукционных печах с применением вакуумного дугового переплава;
температура деформации - начало 1180 °С, конец не ниже 900 °С, охлаждение после деформации иа воздухе;
рекомендуемые режимы термической обработки: ХН77ТЮР (ЭИ437Б) - нагрев до 1080 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе;

Сплав ХН70ВМТЮ (ЭИ617) Химический состав по ГОСТ 5632-72, % (по массе): 13-16 Cr; 2-4 Мо; 5-7 W; 0,1-0,5 V; 1,8-2,3 Ti; 1,7-2,3 Al; ; остальное никель.

Технологические данные:

сплав изготавливается в дуговых и индукционных электропечах и с применением вакуумного дугового переплава;
температура деформации - начало 1160, конец выше 1000 °С, охлаждение после деформации иа воздухе;
рекомендуемые режимы термической обработки: нагрев до 1190±10 °С, выдержка 2 ч, охлаждение на воздухе; нагрев до 1050 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе; старение при 800 °С в течение 16 ч, охлаждение на воздухе;
нагрев до 1180 °С, выдержка 6 ч, охлаждение на воздухе; нагрев до 1000 °С, охлаждение с печью до 900 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе; старение при 850 °С в течение 15 ч, охлаждение на воздухе.

Жаростойкие стали и сплавы на основе никеля и железа

Основными жаростойкими материалами, которые используют в газовых турбинах, печах и различного рода высокотемпературных установках с рабочей температурой до 1350 °С, являются сплавы на основе железа и никеля. Высокое сопротивление окислению сталей и сплавов связано в первую очередь с большим количеством хрома, входящего в состав сплавов. Например, максимальное содержание хрома (по массе) в количестве 26-29 % имеет сплав на основе никеля ХН70Ю.

Сплав ХН70Ю (ЭИ652) Химический состав по ГОСТ 5632-72, % (по массе): 26-29 Cr; 2,8-3,5 Al;

Технологические данные:

сплав выплавляется в открытых дуговых или индукционных электропечах;
температура деформации - начало 1180, конец выше 900 °С, охлаждение после деформации на воздухе;
рекомендуемый режим термической обработки - нагрев до 1100-1200 °С, выдержка 10 мин, охлаждение на воздухе;
сварка сплава в тонких сечениях может производиться всеми видами сварки;
сплав обладает способностью к глубокой вытяжке, предельный коэффициент вытяжки K = D / (d + s) = 2,17, где D - диаметр заготовки; d - диаметр пуансона; s - толщина стенки в мм.

Сплав ХН78Т (ЭИ435) Химический состав по ГОСТ 5632-72, % (по массе): 19-22 Cr;

Технологические данные:

сплав выплавляется в открытых дуговых или индукционных электропечах;
температура деформации - начало 1160, конец не ниже 950 °С, охлаждение после деформации на воздухе;
рекомендуемый режим термической обработки - нагрев до 980-1020 °С, охлаждение на воздухе или в воде;
сварка сплава может производиться всеми видами сварки;
сплав обладает способностью к глубокой вытяжке при штамповке.

Сплав ХН60ВТ (ЭИ868) Химический состав по ГОСТ 5632-72, % (по массе): 23,5-26,5 Cr; 13-16 W;

Технологические данные:

сплав выплавляется в открытых дуговых или индукционных электропечах;
температура деформации - начало 1180, конец не ниже 1050 °С, охлаждение после деформации на воздухе;
рекомендуемый режим термической обработки - нагрев до 1150-1200 °С, выдержка листа 10 минут, прутков 2-2,5 часов, охлаждение на воздухе;
сварка сплава может производиться всеми видами сварки;
сплав обладает способностью к глубокой вытяжке, предельный коэффициент вытяжки составляет 2,06.

Сплавы ХН65МВ (ЭП567), ХН65МВУ (ЭП760) (хастеллой) Химический состав по ГОСТ 5632-72, % (по массе): 14,5-16,5 Cr; 15-17 Mo; 3-4,5 W;

Полуфабрикаты из указанных сплавов подвергаются термической обработке, которая заключается в закалке при температуре 1050-1090 °С и последующем охлаждении в воде.

Применяются для сварки конструкций, работающих при повышенных температурах в достаточно агрессивных средах (серная, уксусная кислота, хлориды и др.).

Высоколегированные стали

Сталь СВ-06Х15Н60М15 (ЭП367) Химический состав по ГОСТ 2246-70, % (по массе): 14-16 Cr; 14-16 Mo;

Указанная сталь не относится к категории жаропрочных или жаростойких, но используется для сварки конструкций из таких сплавов. Она применяется для сварки деталей из сплавов на никелевой основе, например, ХН78Т, ХН70ВМЮТ и подобных, а также для сварки разнородных металлов, например, хромистых сталей со сплавами на никелевой основе. Помимо сварки может осуществляться наплавка.

Достоинства / недостатки жаростойких и жаропрочных сплавов

обладают высокой жаропрочностью;
имеют хорошие показатели жаростойкости.

сплавы с содержанием хрома и особенно никеля имеет высокую стоимость;
имея в своем составе большое количество различных компонентов, достаточно трудоемки в производстве.

Области применения жаропрочных И жаростойких сплавов

Указанные материалы применяются при изготовлении деталей ракетно-космической техники, в газовых турбинах двигателей самолетов, кораблей, энергетических установок, в нефтехимическом оборудовании. К таким деталям можно отнести рабочие лопатки, турбинные диски, кольца и другие элементы газовых турбин, а также камеры сгорания, узлы деталей печей и прочих изделий, длительно работающих при повышенных температурах. Диапазон рабочих температур, как правило, составляет 500-1350 °С. Полуфабрикаты из некоторых сплавов используются в качестве присадочного материала при сварке.

Продукция из жаростойких и жаропрочных сплавов

www.metotech.ru

Состав и свойства жаропрочных алюминиевых сплавов

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе! Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе! Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор. Доставка по всей России!

Вопросы теории жаропрочности алюминиевых сплавов следует рассматривать на основе достижений физики твердого тела в познании механизмов пластического деформирования и разрушения кристаллических тел в широком интервале температур. Другой стороной теории жаропрочности алюминиевых сплавов является изучение зависимости механических свойств сплавов от их состава и особенностей фазового и структурного состояния.

Легирующие добавки, сильно искажающие кристаллическую решетку твердого раствора, способствуют повышению жаропрочности алюминиевых сплавов в меньшей степени, чем добавки, значительно усиливающие прочность межатомной связи без существенного увеличения искажения кристаллической решетки.

При длительном воздействии высокой температуры и нагрузки наибольшее сопротивление пластическому деформированию будет у твердых растворов с максимальной прочностью межатомной связи и с минимальным искажением кристаллической решетки [1].

Этот фактор следует учитывать при разработке новых алюминиевых сплавов в зависимости от области их применения. Например, чем выше планируется температура, при которой длительное время будет работать новый сплав, тем сильнее должна быть межатомная связь между основой сплава и легирующими элементами, имеющими низкий коэффициент диффузии в твердом алюминии.

Особенно повышает жаропрочность сплавов легирование элементами переходной группы, которые способствуют увеличению сил межатомной связи с алюминием, устойчивости зон Гинье-Престона (ЗГП) метастабильных фаз, а также росту и коагуляции стабильных фаз. Все это увеличивает торможение движения дислокаций, что повышает жаропрочность сплавов.

Важнейшими структурными факторами, влияющими на жаропрочность алюминиевых сплавов, являются:

количество и характер распределения дефектов кристаллической решетки и их взаимодействие между собой и с атомами легирующих элементов;
величина зерна твердого раствора, протяженность и состояние их границ;
количество, температура и форма кристаллизации эвтектики;
количество, величина и форма кристаллизации частиц вторых фаз, их расположение, а также их взаимодействие с твердым раствором в процессе нагрева;
устойчивость твердого раствора, скорость формирования и укрупнения продуктов его распада.

Следует также отметить большое влияние на жаропрочность литейных алюминиевых сплавов ряда технологических факторов (скорость кристаллизации отливок, режима термической обработки и др.), которые могут сильно изменять как фазовый состав, так и величину, и характер расположения структурных составляющих в деталях. Изменяя те или иные технологические параметры, можно воздействовать как на структурные, так и на физико-химические характеристики сплава, что в определенных пределах обусловливает изменение его жаропрочности [2].

На жаропрочность алюминиевых сплавов сильно влияют количество, размеры и характер распределения вторых фаз. А.А.Бочвар указывал, что жаропрочность при температурах выше 0,6 Tсол достигается в основном за счет гетерогенизации структуры [3]. На повышение жаропрочности алюминиевых сплавов наиболее сильно влияют металлические соединения, в состав которых входят переходные металлы: Al6Mn, Al7Cr, Al9FeNi, Al12Mn2Cu, Al6Cu3Ni и др. Эти соединения устойчивы при повышенных температурах, они мало взаимодействуют с твердыми растворами, их частицы не склонны к укрупнению и коагуляции. Они препятствуют передвижению дислокаций. Дислокации внутри зерен твердого раствора вынуждены обходить их с образованием петель или переползанием. В обоих случаях дислокации перемещаются под воздействием значительно больших напряжений, чем при скольжении.

В работе [2] показано, что жаропрочность гетерофазной смеси в сильной степени зависит от жаропрочности каждой из составляющих фаз; считается, что присутствие в сплавах жаропрочной избыточной фазы способствует повышению жаропрочности сосуществующего с ней твердого раствора, присутствие нежаропрочной избыточной фазы понижает высокотемпературную жаропрочность сосуществующего раствора и всей смеси. Поэтому для обеспечения высокой жаропрочности избыточная фаза должна быть тугоплавкой, сложной по строению и не содержать в своем составе металла-растворителя.

В значительной мере жаропрочность алюминиевых сплавов определяется структурой эвтектики и температурой ее плавления. С повышением температуры плавления эвтектики ее вклад в жаропрочность сплава увеличивается. Так как кристаллизация эвтектики происходит в последнюю очередь, она окружает зерна первичного твердого раствора, образуя между ними эвтектические прослойки [4]. В структуре многокомпонентных алюминиевых сплавов содержатся сложные эвтектики. Если отдельные составляющие эвтектики кристаллизуются в виде тонких игл, то роль эвтектики в упрочнении границ зерен может стать даже отрицательной, так как в этом случае составляющие эвтектики являются концентраторами напряжений. Наиболее благоприятна разветвленная форма кристаллизации устойчивых соединений, входящих в состав эвтектики. Этим обеспечивается надежное блокирование зерен твердого раствора. В системе Al - Сu Ni такой эвтектикой является, например, тройная эвтектика

а + Al3(CuNi)2 + Al6Cu3Ni

Экспериментальные данные показывают: сравнительно жаропрочными могут быть лишь те сплавы, которые отвечают по составу устойчивым первичным твердым растворам, комплексно легированным элементами с низким коэффициентом диффузии. К таким элементам относятся переходные металлы [5]. Повышенной жаропрочностью обладают сложнолегированные эвтектические сплавы алюминия АЛ25, АЛ26, АЛ30.

Существенно воздействовать на жаропрочность позволяют скорость кристаллизации отливок, зависящая от способа литья, режимы термической обработки. В промышленных условиях в процессе литья с повышенной скоростью кристаллизации диффузия компонентов сплава не успевает полностью пройти. Обычно в отливках при комнатной температуре фиксируется метастабильное состояние пересыщенного твердого раствора. Поэтому структура и фазовый состав литых сплавов обычно существенно отличаются от указанных в диаграмме равновесного состояния.

Важная особенность сплавов алюминия с переходными металлами образование при повышенных скоростях кристаллизации пересыщенных твердых растворов на основе алюминия, содержание легирующих компонентов, в которых может во много раз превосходить предельную растворимость, указанную в равновесных диаграммах состояния [6].

Эвтектический силумин наряду с достаточно высокими прочностными характеристиками обладает относительно малым удельным весом, что позволяет облегчить детали и снизить инерционные силы, а также сравнительно высокой теплопроводностью, что дает возможность избежать их перегрева в процессе работы. Сравнительно низкий коэффициент линейного расширения дает возможность уменьшить холодный зазор между сопрягаемыми деталями, ликвидировать стуки при работе.

Следует отметить, что эвтектические легированные силумины (АЛ25, АЛЗО), аналогичные зарубежным сплавам типа Low-Ex [7], отличаются сравнительно хорошими технологическими характеристиками. С точки зрения обрабатываемости резанием они лишь незначительно уступают алюминиево-медным сплавам. Сплав АЛ 25 имеет более высокую жаропрочность при 3000С по сравнению со сплавами АЛЗО и АЛ10В, хорошие физико-механические и технологические свойства, аналогичные свойствам сплава АЛЗО [8].

В связи с тем, что коэффициент линейного расширения и удельный вес бинарных сплавов системы Al-Si уменьшаются с увеличением концентрации кремния в сплаве, в настоящее время наблюдается тенденция применять для тяжелонагруженных деталей силумины с высоким содержанием кремния. С повышением концентрации кремния в сплаве, кроме того, повышаются износостойкость и коррозионная стойкость.

Сравнительно низкий коэффициент линейного расширения и высокая жаропрочность заэвтектических силуминов определили их преимущественное применение для рабочей температуры до 573-593 К, несмотря на то, что теплопроводность этих сплавов ниже, чем у эвтектических. Состав заэвтектических силуминов отличается от состава сплавов эвтектических силуминов, в основном содержащих кремний [ 1 ], который так же, как Zn и Mg, не повышает длительную твердость алюминия при 573 К, а коэффициенты диффузии их в алюминии очень высокие [9].

Исследования показали, что комплексное легирование медью, никелем и марганцем (или кобальтом) соответствует значительному повышению жаропрочности сплавов типа силумин.

Источник: Зусин В.Я. "Сварка и наплавка алюминия и его сплавов", Мариуполь, 2005.

1. Колобнев И.Ф. Жаропрочность литейных алюминиевых сплавов/ И.Ф. Колобнев.- М.: Металлургия, 1973.- 320 с.2. Захаров М.В. Жаропрочные сплавы / М.В. Захаров, A.M. Захаров.-М.: Металлургия, 1972.- 384 с.3. Мальцев М.Е. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов / М.Е. Мальцев.- М.: Металлургия, 1970.-368 с.4. Алюминий. Металловедение, обработка и применение алюминиевых сплавов. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1972.-663 с.5. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами / В.И. Елагин.- М.: Металлургия, 1975.- 247 с.6. Вол А.В. Двойные металлические системы / А.В. Вол.- М.: Металлургиздат, 1959.- 597 с.7. Насыров Н.А. Повышение надежности работы поршней тепловозных двигателей / Н. А. Насыров. - М.: Транспорт, 1977. -236 с.8. Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б.А. Колачев, В.А. Ливанов, В.И. Елагин.- М.: Металлургия, 1972.- 480 с.9. Колобнев И.Ф. Пути повышения прочностных характеристик высокопрочных алюминиевых сплавов / И.Ф. Колобнев // Сплавы цветных металлов.- М.: Наука, 1972.- С. 205-210.10. Петриченко В К. Антифрикционные материалы и подшипники скольжения/ В.К Петриченко.-М.:Машгиз, 1954.-302 с.11. Буше Н.А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава/ Н.А. Буше.- М.: Транспорт, 1974.- 268 с.12. Зильберг Ю.Я. Алюминиевые сплавы в тракторостроении / Ю.Я. Зильберг, К.М. Хрущева, Г.В. Гершман.-М.: Машиностроение, 1971.- 198 с.13. КурицынаА.Д. Алюминиевыеантифрикционныесплавы/А.Д. Курицына.- М.: Металлургия, 1963.-197 с.14. Алюминиевые сплавы: Справочник/Под ред. А.Ф.Белова, Ф.И.Квасова.- М.: Металлургия, 1985.- 350 с.

www.autowelding.ru

Жаростойкий сплав на основе алюминия для электрических проводов

Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, в частности к сплавам, используемым для изготовления электрических проводов. Сплав содержит, в мас.%: по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов - 2,5-4,5, железо - 0,05-0,1, бериллий - 0,05-0,1, алюминий - остальное, причем структура сплава содержит включения эвтектических интерметаллидов редкоземельных металлов размером меньше 1 мкм. Технический результат заключается в повышении технологичности получения из сплава проволоки диаметром до 0.05 мм при сохранении высокого уровня жаростойкости и низкого уровня электросопротивления. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для изготовления электрических проводов, работающих при температурах 250-300°С, когда требуется сочетание достаточно высокой прочности при комнатной и повышенных температурах и низкого электросопротивления.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%: железо 0,0001-0,20%; кремний 0,0001-0,10%; цинк 0,0001-0,10%; медь 0,0001-0,10%; никель 0,0001-0,10%; по крайней мере один редкоземельный металл, выбранный из группы, содержащей иттрий, гадолиний, диспрозий, церий, лантан 0,0001-0,20%; алюминий - остальное (Авторское свидетельство СССР №453455 кл. С22С 21/00, 1973).

Указанный сплав при высокой электропроводности и технологичности при изготовлении проволоки интенсивно разупрочняется с повышением температуры и может работать только до 100-150°С.

Известен сплав на основе алюминия содержащий 0,2-5 мас.% редкоземельных металлов, предназначенный для проводников электрического тока (пат. Японии №23078, кл. 10D16, 1964). Однако он может быть использован для работы только при температуры до 150°С.

Наиболее близким к данному изобретению по совокупности признаков является сплав следующего состава, мас.%:

- по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов 5-20;

- железо 0,15-0,7;

- окись алюминия 0,1-1,0;

- алюминий - остальное (Авторское свидетельство СССР №548173, кл. С22С 21/00, 1974).

Данный известный сплав имеет высокие прочностные свойства при температурах 250-300°С и низкое электросопротивление, что позволяет изготавливать из него проволоку для электротехнических целей. Однако, указанный сплав обладает низкой технологичностью и из него можно изготавливать проволоку только диаметром до 0,5 мм, что не покрывает всю номенклатуру проводов.

Поставленная задача состояла в разработке сплава на основе алюминия, который обладал бы повышенной технологичностью, позволяющей изготавливать проволоку для проводов диаметром до 0.05 мм, с достаточной прочностью при комнатной температуре при сохранении повышенной жаропрочности до 250-300°С и низким электросопротивлением.

Технический результат достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий железо и по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов, дополнительно содержит бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов 2,5-4,5;

- железо 0,05-0,1;

- бериллий 0,05-0,1;

- алюминий - остальное.

Причем размер включений эвтектических интерметаллидов редкоземельных металлов в алюминии в предлагаемом сплаве меньше 1 мкм. Это обстоятельство позволяет значительно повысить технологичность сплава, что обуславливает возможность изготовления из сплава проволоки диаметром менее 0,5 мм.

При повышении температуры расплава известного сплава наблюдается резкое взаимодействие рекоземельных металлов с кислородом воздуха, металл как бы «кипит» и редкоземельные металлы практически полностью выгорают из расплава.

Для устранения этого в сплав вводят добавку бериллия, которая взаимодействует с редкоземельными металлами и связывает их в тройную фазу Al3Р3МВе, которая, находясь в расплаве, препятствует взаимодействию редкоземельных металлов с кислородом воздуха. Содержание бериллия определяется содержанием редкоземельных металлов в сплаве. При содержании редкоземельных металлов в сплаве 2,5-4,5%, содержание бериллия должно быть 0,05-0,1%, так чтобы весь редкоземельный металл был связан в расплаве в тройную фазу Al3Р3МВе.

Если бериллия в сплаве будет меньше, чем 0,05%, то часть редкоземельных металлов не будет связана в тройной фазе и редкоземельные металлы будут гореть.

Если бериллия в сплаве будет больше 0,1%, то избыточный бериллий при плавке будет выделяться в окружающую атмосферу, отравляя ее и обслуживающий персонал.

Алюминий марки А99 в виде чушек помещают в электрическую печь и перегревают до образования расплава. После очистки поверхности расплава, вводят лигатуры Al-Fe и Al-Be из расчета получения нужного состава сплава.

После выдержки и перемешивании расплава в него вводят РЗМ (лантан) в виде чушки так, что бы химический состав расплава соответствовал сплаву согласно изобретению. Расплав перемешивают, выдерживают 30 минут, с поверхности удаляют шлак и отливают непосредственно с температурой плавления в виде литой проволочной заготовки диаметром 3,0 мм. Для литья используется специальная установка.

Из предложенного сплава были отлиты ряд сплавов в виде литой проволочной заготовки следующего состава, мас.%:

1) - 2,5; 3,5 и 4,5% лантана,

- 0,05; 0,08 и 0,1% железа и 0,05,

- 0,08 и 0,1% бериллия,

- остальное - алюминий;

2) - 2,5; 3,5 и 4,5% церия,

- 0,05,0,08 и 0,1% железа,

- 0,05; 0,08 и 0,1% бериллия,

- остальное - алюминий;

3) - 2,5; 3,5 и 4,5% иттрия,

- 0,05; 0,08 и 0,1% железа,

- 0,05; 0,08 и 0,1% бериллия,

- остальное алюминий.

Полученную литую проволочную заготовку подвергают отжигу при температуре 400°С в течение не менее 30 минут и волочат на многократной волочильной машине до диаметра 0,6 мм. Данную проволоку после смягчающего 30 минутного отжига при температуре 400°С волочили на многократной машине до требуемого диаметра: 0,2 мм; 0,1 мм; 0,08 мм; 0,05 мм.

Аналогичная технология используется для изготовления проволоки предлагаемого сплава с другими редкоземельными металлами (Се, Pr и т.д.) и их смесями. Механические свойства проволоки у всех сплавов очень близки и соответствуют требованиям технических условий.

Анализ микроструктуры литой проволочной заготовки из всех сплавов показал, что размер эвтектических выделений редкоземельных металлов в алюминии во всех случаях составил менее 1 мкм. Проволочную заготовку подвергают волочению с промежуточными отжигами до диаметра 50 мкм.

Из изготовленной проволоки диаметром до 0,05 мм были изготовлены провода, которые полностью закрыли всю номенклатуру проводов, применяемых в электротехнике.

Состав образцов сплава и типичные механические свойства и электросопротивление проволоки диаметром 0.05 мм приведены в таблице.

Состав сплава и свойства полученной проволоки
	Размер эвтектических включений	Диаметр проволоки, мм	Механические свойства	Электросопротивление,ρ,мк·Ом·см
Состав сплава			При 20°С		При 250°С
Состав сплава			σв		δ,	σв	δ,
МПа	%	МПа	%
Алюминий,
10% лантана,	~10 мкм	⌀ 0,5 мм,	260	2,3	110	22	0,33
0,2% железа,		⌀ 0,05 мм
0,3% окиси алюминия - прототип	~10 мкм	получить не удалось	-	-	-	-	-
Алюминий,
2,5% лантана,
0,05% железа,	<1,0 мкм	⌀ 0,05 мм	255	2,8	105	28	0,3
0,05% берилия
Алюминий,
3,5% лантана,
0,08% железа,	<1,0 мкм	⌀ 0,05 мм	257	2,7	106	27	0,3
0,08% берилия
Алюминий,
4,5% лантана,
0,1% железа,	<1,0 мкм	⌀ 0,05 мм	253	2,8	107	26	0,3
0,1% берилия

Механические свойства проволоки диаметром до 0.05 мм легированной церием и иттрием аналогичны свойствам проволоки легированной лантаном.

Из анализа данных таблицы следует, что предложенный сплав более технологичен, чем известный сплав (прототип), и позволяет изготавливать проволоку диаметром до 0.05 мм, а по механическим свойствам при комнатной и повышенной (250°С) температурах не уступает известному, существенно превосходя последний по электросопротивлению.

Жаропрочный сплав на основе алюминия для электрических проводов, содержащий железо и, по крайней мере, один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бериллий при следующем соотношении компонентов, в мас.%: по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов - 2,5-4,5, железо - 0,05-0,1, бериллий - 0,05-0,1, алюминий - остальное, причем размер включений эвтектических интерметаллидов редкоземельных металлов в микроструктуре сплава составляет меньше 1 мкм.