Високоміцний сплав на основі алюмінію

Реферат: Винахід належить до металургії і стосується високоміцних та корозійностійких аморфних і нанокристалічних сплавів на основі алюмінію. Сплав містить, ат. %: Аl - 47,0-96,4; Ni - 2,0-16,0; Co - 0,1-8,0; Fe - 0,1-8,0; Y - 1,0-5,0; Gd - 0,1-5,0; Ga - 0,1-5,0; В - 0,1-3,0; С - 0,1-3,0. Технічний результат: можливість створення елементів конструкцій з підвищеним рівнем границі міцності на розрив до 1500-1600 МПа. UA 104560 C2 (12) UA 104560 C2 UA 104560 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід стосується високоміцних та корозійностійких аморфних і нанокристалічних сплавів на основі алюмінію для їх застосування в машинобудуванні. Відомий високоміцний жаростійкий сплав на основі алюмінію, що має склад, представлений загальною формулою: 1) АlаМbХс де М - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Ті, Mo, W, Ca, Li, Mg і Si; X - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Се, Sm, Nd і Mm (мішметал); і a, b і с - атомні проценти в таких діапазонах: 50а95, 0,5b35 і 0,5с25; 2) АlаМbХ'с1Х'с2, де М - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Ті, Mo, W, Ca, Li, Mg і Si; X' - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Се, Sm, Nd і Mm (мішметал); X" - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Y і La; і a, b, с1 і с2 - атомні проценти в таких діапазонах: 50а95, 0,5b35 і 0,5c=c1+c225; 3) АlаМ'b1М''b2 Хс, де М' - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з V, Cr, Mn, Zr, Ті, Mo, W, Ca, Li, Mg і Si; M" - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Fe, Co, Ni, Cu; X - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Y, La, Се, Sm, Nd і Mm (мішметал); і a, b1, b2 і с - атомні проценти в таких діапазонах:50а95, 0,5b=b1+b235 і 0,5с25; 4) AlaFebNdc3 × 1c4, де Х1-Sm; a, b, с3 і с4 - атомні проценти в таких діапазонах: 50а95, 0,5b35 і 0,5с=с3+с425, с3>0 і с4>0,5 [Matsumoto Т., Inoue A., Odera K., Oguchi M, High strength, heat resistant aluminum-based alloys, US Patent 5,240,517, C22C45/08, August 31, 1993]. Недоліком цього сплаву є недостатньо висока межа міцності на розрив (до 1030 МПа). Відомий також високоміцний антикорозійний сплав, що має склад, представлений загальною формулою AlxMyRz і містить (% ат.): Аl-64,5-95,0; М (Ті, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zr, Nb, Mo і Ni) 5,0-35,0; R (Y, Ce, La, Nd і Mm (мішметал) 0-0,4 [Masumoto Т., Inoue A., Horio Y., "High strength and anticorrosive aluminum-based alloy", US Patent 5,509,978, C22C 21/00, April 23, 1996]. Недолік сплаву такий же, як і у попереднього - невисока межа міцності на розрив (до 1250 МПа). За найближчий аналог взято відомий високоміцний аморфний сплав на основі алюмінію, що має склад, представлений загальною формулою Аl100-а-b-сХаМbТс, де X - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Y (ітрію) та рідкоземельних елементів; М принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Fe, Co і Ni; T - принаймні один елемент, вибраний з групи, що складається з Mn, Mo, Cr, Zr і V; a, b і с - атомні проценти в таких діапазонах: 0,5а5; 5b15 і 0,2с3,0. [Tsuyoshi Masumoto Т., Inoue 1., Kita К., Yamaguchi H., Horimura H., Matsumoto N., Particle-dispersion type amorphous aluminum-alloy having high strength, US Patent 5,318,641, C22C45/08, December 20, 1995]. Недоліком сплаву також є недостатньо невисока межа міцності на розрив (до 1300 МПа). В основу винаходу поставлено задачу підвищення рівня межи міцності на розрив високоміцного сплаву на основі алюмінію. Поставлена задача вирішується тим, що високоміцний сплав на основі алюмінію, що містить нікель, кобальт, залізо, ітрій, згідно з винаходом, додатково містить гадоліній, галій, бор і вуглець при наступному співвідношенні компонентів, ат. %: алюміній Аl 47,0-96,4 нікель Ni 2,0-16,0 кобальт Co 0,1-8,0 залізо Fe 0,1-8,0 ітрій Y 1,0-5,0 гадоліній Gd 0,1-5,0 галій Ga 0,1-5,0 бор В 0,1-3,0 вуглець С 0,1-3,0. При цьому підвищується схильність сплаву до аморфізації, а подальша термообробка призводить до формування 30-80 % дво- або трифазної нанокристалічної структури в аморфній матриці, котра є суттєво термостабільною завдяки додатковому економному легуванню гадолінієм, галієм, бором та вуглецем. Це забезпечує підвищення міцності, твердості, корозійної стійкості та стабілізації аморфно-нанокомпозитної структури, що формується при фінальній термообробці сплаву. Багатофазна композиційна аморфно-нанокристалічна структура сплаву дозволяє створити елементи конструкцій з межею міцності на розрив на рівні 1500-1600 МПа. Таблиця показує хімічний склад (ат. %) сплавів у порядку їх розглядання в тексті опису. 1 UA 104560 C2 5 Приклад. Виготовлено сплав із співвідношенням компонентів, ат. %: Аl-79; Ni-4,0; Co-2,0; Fe2,0; Gd-2,0; Y-5,0; Ga-1,5; В - 2,0; С - 2,5, із якого методом спінінгування одержали стрічку шириною 20,0 мм і товщиною 0,05 мм. На розривній машині Instron визначено механічні властивості сплаву. Визначена величина границі міцності на розрив дорівнювала 1560 МПа, що на 20 % вище відповідного значення сплаву-прототипу. Сплав може бути використаний у машинобудуванні, зокрема у автомобіле- та літакобудуванні. Таблиця показує хімічний склад (% ат.) сплавів у порядку їх розглядання в тексті опису. Таблиця 1.1 1.2 1.3 1.4 2 3 4 V, Сr, Мn, Fe, Co, Ni, Сu, Аl Zr, Ті, Mo, W, Ca, Li, Mg, Si 50- 0,595 35 5095 5095 5095 64,595,0 7794,3 47,096,4 V, Cr, Mn, Zr, Ті, Mo, W, Ca, Li, Mg, Si Ті, V, Cr, Mn, Fe, Fe, Fe, Co, Co, Co, Ni, Ni Сu, Сu Zr, Nb, Mo, Ni Y, La, Ce, Mn, Nd, Mo, Sm, Cr, Ni Co Fe Gd, Zr, Tb, V Dy, Ho Yb, Ce, Sm, Nd, Mm Y, La, Ce, Sm, Nd, Mm Y, Ce, La, Gd Nd Sm Y Ga В Nd, Mm C 0,525 0,535 0,525 0,525 0,5- 35 0,535 >0 >0,5 5,035,0 515 00,4 0,23,0 0,55 2,0- 0,1- 0,116,0 8,0 8,0 0,15,0 1,0- 0,1- 0,1- 0,15,0 5,0 3,0 3,0 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Високоміцний сплав на основі алюмінію, що містить нікель, кобальт, залізо, ітрій, який відрізняється тим, що він додатково містить гадоліній, галій, бор і вуглець при наступному співвідношенні компонентів, ат. %: алюміній 47,0-96,4 нікель 2,0-16,0 кобальт 0,1-8,0 залізо 0,1-8,0 ітрій 1,0-5,0 гадоліній 0,1-5,0 галій 0,1-5,0 бор 0,1-3,0 вуглець 0,1-3,0. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2