[go: up one dir, main page]

WO2020117090A1 - Поршковый алюминиевый материал - Google Patents

Поршковый алюминиевый материал Download PDF

Info

Publication number
WO2020117090A1
WO2020117090A1 PCT/RU2018/000796 RU2018000796W WO2020117090A1 WO 2020117090 A1 WO2020117090 A1 WO 2020117090A1 RU 2018000796 W RU2018000796 W RU 2018000796W WO 2020117090 A1 WO2020117090 A1 WO 2020117090A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aluminum
zirconium
chromium
alloy
manganese
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000796
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Виктор Христьянович МАНН
Александр Юрьевич КРОХИН
Роман Олегович ВАХРОМОВ
Сергей Витальевич ПОЛЯКОВ
Дмитрий Константинович РЯБОВ
Владимир Александрович КОРОЛЕВ
Дарья Константиновна ДАУБАРАЙТЕ
Юлия Олеговна КРАСИЛЬНИКОВА
Original Assignee
Акционерное Общество "Объединенная Компания Русал Уральский Алюминий"
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 Акционерное Общество "Объединенная Компания Русал Уральский Алюминий" filed Critical Акционерное Общество "Объединенная Компания Русал Уральский Алюминий"
Priority to RU2019103809A priority Critical patent/RU2744075C2/ru
Priority to PCT/RU2018/000796 priority patent/WO2020117090A1/ru
Priority to EP18942401.3A priority patent/EP3903964B1/en
Publication of WO2020117090A1 publication Critical patent/WO2020117090A1/ru
Priority to US17/341,279 priority patent/US20210291270A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408Light metal alloys
    • C22C1/0416Aluminium-based alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/06Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/05Light metals
    • B22F2301/052Aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to the field of metallurgy, and in particular, to aluminum-based alloys used to obtain powders used for the manufacture of parts using additive technologies, including the method of selective laser synthesis.
  • AlSilOMg which is used for the manufacture of parts using additive technologies, containing the following elements, wt.%: 9-1 1 silicon, 0.45-0.6 magnesium, 0.05 manganese, 0.05 zinc, ⁇ 0 , 55 iron, ⁇ 0, 1 copper (see Process optimization and microstructural analysis for selective laser melting of AlSilOMg. K. Kempen, L. Thijs, E. Yasa, M. Badrossamay, W. Verheecke, JP. Kruth. Solid Freeform Fabrication Symposium Conference, Vol.22, Pages. 484-495, 2011).
  • This alloy is highly technological in printing parts, but the high eutectic content leads to low ductility characteristics. In addition, heat treatment leads to low strength indicators.
  • Known aluminum-magnesium alloy (CN 105838939 publ. 08/10/2016) containing the following components, wt.%: 3-6 magnesium, 0.1 -0.5 chromium, 0, 4-0, 7 zinc, 0.25- 0.4 silicon, 0.1-0.5 manganese, 0.1-0.5 nickel, 0.05- OD zirconium, 0-0.2, 5 copper, 0.1-0.2 bismuth, 0, 1-0.2 titanium; 0.1-0.2 cerium.
  • the disadvantage of this invention is the high content of elements such as zinc and bismuth, which easily evaporate during the selective laser fusion, changing the chemical composition of the finished part.
  • the addition of copper affects the weldability of the material, which also affects the quality of the final parts.
  • Known aluminum alloy (CN 105695823 publ. 06/22/2016) having improved mechanical properties, containing the following components, wt.%: 4, 5-5.0 magnesium, 0.5-1.0 manganese, 0.2-0, 6 zirconium, 0.12-0.25 chromium, 0.28-0.30 vanadium, 0.1-0.15 titanium, 0.006-0.2 cream, 0.008-0.2 iron, 0.01-0, 05 copper, 0.005-0.25 zinc, 0.05-0.15 boron.
  • the disadvantage of this invention is the insufficient concentration of chromium (0.12-0.25 wt.%), which leads to insufficient hardening from the addition of chromium.
  • Known quick-crystallized aluminum powder alloy containing a high content of chromium (US 5049211 publ. 17.09.1991).
  • the alloy contains an additive of chromium in an amount of from 1 to 7 wt.%, As well as at least one element from the group Hf, W, Mo, Nb, Ta in an amount of up to 6 wt.%.
  • the alloy has high strength and good thermal stability.
  • the ductility characteristics are at a low level, which also leads to extremely low impact strengths.
  • a known aluminum alloy (US 20170298477 publ. 19.10.2017) containing the following components, wt.%: 1, 0-8.0 magnesium, 0.2-3 scandium, 0, 1-1, 5 zirconium, 0.5- 5 calcium.
  • the disadvantage of this invention is the high cost of the alloy due to the presence of scandium in its composition, as well as the presence of a large amount of calcium, which can evaporate during selective laser fusion.
  • the prototype of the proposed invention is an alloy based on aluminum (EP 0304284 publ. 17.08.1988) containing the following elements (wt.%):
  • the alloy has good strength and thermal stability, which allows it to be used for the manufacture of parts.
  • a high manganese content leads to good casting properties.
  • the plasticity characteristics of the material are rather modest.
  • a reduced magnesium content does not lead to significant hardening.
  • An object of the invention is to increase the strength characteristics of an aluminum alloy for the manufacture of parts using powder and additive technologies while maintaining a high level of elongation, high thermal stability and the absence of defects in the form of hot cracks.
  • Powder production is possible using the following technology, which provides additional benefits:
  • magnesium provides both solid solution hardening and the formation of the required crystallization interval to form a high-quality dense structure when exposed to a laser beam.
  • Zirconium is introduced to form the dispersed AhZr phase during the decomposition of the supersaturated solid solution.
  • Zirconium has a low diffusion coefficient in the aluminum matrix, which leads to the effect of the formation of nanoscale phases during high-temperature aging. Due to the fact that the phase is coherent with the aluminum matrix, a strong hardening effect is achieved.
  • the zirconium content is selected in such a way as to ensure obtaining a supersaturated solid solution and to avoid the appearance of large intermetallic compounds in the powder, taking into account high crystallization rates.
  • Chromium also forms a supersaturated solid solution in an aluminum matrix and does not form a joint intermetallic compound with zirconium, which allows a larger number of phases to be formed during aging and to increase strength characteristics.
  • alloys containing magnesium instead of phase A Cr, an AlisCi ⁇ Mgs phase can form, which allows the formation of a larger volume of intermetallic phases that increase strength.
  • chromium and zirconium at certain ratios increase the solubility of each other in aluminum. Wherein the greatest positive effect is achieved when the ratio of Cr / Zr in the range from 0.5 to 1.5.
  • boron to the alloy provides a modifying effect in the manufacture of parts due to the formation of nanosized boride particles.
  • a more dispersed structure favorably affects the service characteristics of the finished part.
  • At least one element from the group of iron, manganese, nickel is introduced to form additional hardening both due to the formation of a solid solution and due to the formation of phases of intermetallic compounds with aluminum, and at high concentrations an increase in the casting quality of alloys is achieved, which is associated with the formation of eutectic the introduction of these elements in accordance with the equilibrium state diagrams.
  • FIG. 1 AlMgCrZr alloy powder particles.
  • FIG. 2 - The process of selective laser fusion and part of the obtained samples.
  • FIG. 3 Images of the structures of samples of compositions 1, 2, 3, A, B.
  • the proposed invention is illustrated by the following example.
  • the alloy was prepared in the following order:
  • the melt was heated to 810-830 ° C, held for 1 hour at a temperature of 790-820 ° C, and was mixed every 15-20 minutes.
  • the melt was sprayed through the nozzle to obtain spherical powders.
  • the resulting powders were classified into a fraction of 20 - 63 ⁇ m.
  • nitrogen-oxygen As a gas for atomization, nitrogen-oxygen was used.
  • the obtained powders were used to obtain samples using selective laser fusion technology.
  • the printer EOS M290 For the manufacture of samples used the printer EOS M290. Printing was carried out at a laser power of 250 W with different track distances and print speeds in the range of 200 - 1000 mm / s.
  • the quality of the obtained samples was determined by the microstructure. Microsections were prepared using standard technology, research carried out on an etched surface using an inverted metallographic microscope METAM RV-21.
  • alloys A and B did not allow to obtain the structure without defects, which is associated with reduced casting qualities and a large interval of crystallization of the alloy. Excess intermetallic compounds are also found in alloy B with a high content of zirconium and chromium.
  • Hardness was determined using an EMCO-TEST hardness tester, tensile tests were carried out in accordance with GOST-1497.
  • the samples were studied after annealing at a temperature of 400 ° C for 5 hours.
  • the resulting material has a 25% higher tensile strength with an improved elongation of 70%.
  • the technical result is to increase the strength characteristics of an aluminum alloy for the manufacture of parts using powder and additive technologies while maintaining a high level of elongation, high thermal stability and the absence of defects.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к сплавам на основе алюминия, используемым для получения порошков, применяющихся для изготовления деталей с использованием аддитивных технологий, в том числе методом селективного лазерного синтеза. Предложен порошковый алюминиевый материал, содержащий магний, хром, цирконий, который дополнительно содержит бор и по меньшей мере один элемент из группы: марганец, железо, никель, при заданном соотношении компонентов. Техническим результатом является повышение характеристик прочности алюминиевого сплава для изготовления деталей с использованием порошковых и аддитивных технологий при сохранении высоко уровня относительного удлинения, высокой термической стабильности и отсутствии дефектов типа горячих трещин.

Description

ПОРОШКОВЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ МАТЕРИАЛ
Изобретение относится к области металлургии, а именно, к сплавам на основе алюминия, используемым для получения порошков, применяющихся для изготовления деталей с использованием аддитивных технологий, в том числе методом селективного лазерного синтеза.
Известен алюминиевый сплав AlSilOMg, который используется для изготовления деталей с использованием аддитивных технологий, содержащий следующие элементы, масс.%: 9-1 1 кремния, 0,45-0,6 магния, 0,05 марганца, 0,05 цинка, <0,55 железа, <0, 1 меди (см. Process optimization and microstructural analysis for selective laser melting of AlSilOMg. K. Kempen, L. Thijs, E. Yasa, M. Badrossamay, W. Verheecke, JP. Kruth. Solid Freeform Fabrication Symposium Conference, Vol.22, Pages. 484-495, 2011).
Данный сплав обладает высокой технологичностью при печати деталей, однако высокое содержание эвтектики приводит к низким характеристикам пластичности. Кроме того, термическая обработка приводит к невысоким показателям прочности.
Для сложных деталей, работающих в условиях различных нагрузок, в том числе знакопеременных, требуются материалы с более высоким комплексом характеристик и высокой пластичностью, при этом структура должна обладать высокой термической стабильностью для работы в условиях технологических и эксплуатационных нагревов.
Известен алюминиево-магниевый сплав (CN 105838939 опубл. 10.08.2016), содержащий следующие компоненты, масс.%: 3-6 магния, 0,1 -0,5 хрома, 0, 4-0, 7 цинка, 0,25-0,4 кремния, 0,1 -0,5 марганца, 0,1 -0,5 никеля, 0, 05- ОД циркония, 0, 2-0, 5 меди, 0,1 -0,2 висмута, 0,1 -0,2 титана, 0,1 -0,2 церия. Недостатком данного изобретения является высокое содержание элементов, таких как цинк и висмут, которые легко испаряются в процессе селективного лазерного сплавления, изменяя химический состав готовой детали. Кроме того, добавка меди ухудшает свариваемость материала, что также влияет на качество конечных деталей.
Известен алюминиевый сплав (CN 105695823 опубл. 22.06.2016), имеющий повышенные механические свойства, содержащий следующие компоненты, масс.%: 4, 5-5,0 магния, 0,5- 1,0 марганца, 0,2-0, 6 циркония, 0,12- 0,25 хрома, 0,28-0,30 ванадия, 0,1-0,15 титана, 0,006-0,2 креминя, 0,008-0,2 железа, 0,01-0,05 меди, 0,005-0,25 цинка, 0,05-0,15 бора. Недостатком данного изобретения является недостаточная концентрация хрома (0,12-0,25 масс.%), что приводит к недостаточному упрочнению от добавки хрома.
Известен быстрозакристаллизованный алюминиевый порошковый сплав, содержащий повышенное содержание хрома (US 5049211 опубл. 17.09.1991). Сплав содержит добавку хрома в количестве от 1 до 7 масс.%, а также хотя бы один элемент из группы Hf, W, Mo, Nb, Та в количестве до 6 масс.%. Сплав обладает высокими показателями прочности и хорошей термической стабильность. Тем не менее, за счет высокого содержания переходных металлов характеристики пластичности находятся на невысоком уровне, что также приводит к крайне низким показателям ударной вязкости.
Известен алюминиевый сплав (US 20170298477 опубл. 19.10.2017), содержащий следующие компоненты, масс.%: 1, 0-8,0 магния, 0,2-3 скандия, 0, 1-1, 5 циркония, 0,5-5 кальция. Недостатком данного изобретения является высокая стоимость сплава в связи с наличием в его составе скандия, а также наличие большого количества кальция, который может испаряться в процессе селективного лазерного сплавления.
Прототипом предложенного изобретения является сплав на основе алюминия (ЕР 0304284 опубл. 17.08.1988), содержащий следующие элементы (масс.%):
0, 4- 1,2 хрома,
0, 3-0, 8 циркония,
1,5-2, 5 марганца, 0-2,0 магния,
остальное алюминий.
Сплав обладает хорошими показателями прочности и термической стабильности, что позволяет использовать его для изготовления деталей. Высокое содержание марганца приводит к хорошим литейным свойствам. Однако за счет высокого легирования переходными металлами характеристики пластичности материала достаточно скромные. Пониженное содержание магния не приводит к существенному упрочнению.
Технической задачей изобретения является повышение характеристик прочности алюминиевого сплава для изготовления деталей с использованием порошковых и аддитивных технологий при сохранении высоко уровня относительного удлинения, высокой термической стабильности и отсутствия дефектов в виде горячих трещин.
Поставленная задача решается тем, что предложен алюминиевый материал (сплав) в виде порошка, содержащий элементы в следующем соотношении (масс. %):
магний 4,5 - 6,5
хром 0,35 - 0,80
цирконий 0,40 - 1,0
бор 0,002 - 0,15
а также по меньшей мере один элемент из группы:
железо, никель, марганец 0,05 - 0,8 суммарно
алюминий и неизбежные примеси остальное.
Также предложено изделие, изготовленное с использованием аддитивных технологий, выполненное из указанного порошкового алюминиевого материала.
Получение порошка возможно с использованием следующей технологии, обеспечивающей дополнительные преимущества:
- приготовление алюминиевого расплава требуемого состава; - рафинирование алюминиевого расплава и перегрев не менее чем на 100°С выше температуры ликвидуса;
- газовое распыление алюминиевого расплава, при этом в качестве газа может быть использован азот, аргон или их смесь с кислородом;
- сепарация порошка с отделением требуемой фракции.
Добавка магния обеспечивает как твердорастворное упрочнение, так и формирование требуемого интервала кристаллизации для формирования качественной плотной структуры при воздействии лазерного луча.
Известно, что в сплавах системы Al-Mg при содержании магния на уровне 3-4 масс. % достаточно высокая склонность к образованию горячих трещин. Учитывая результаты изготовления 3D деталей методом селективного лазерного сплавления (SLM) для повышения сопротивления образованию горячих трещин и повышения прочности сплава, предлагается легировать сплав магнием в количестве 4,5 - 6,5 % масс.
Цирконий вводится для формирования дисперсной фазы AhZr в процессе распада пересыщенного твердого раствора. Цирконий имеет низкий коэффициент диффузии в алюминиевой матрице, что приводит к эффекту формирования наноразмерных фаз при высокотемпературном старении. За счет того, что фаза когерентна с алюминиевой матрицей достигается сильный эффект упрочнения. Содержание циркония выбрано таким образом, чтобы обеспечить получение пересыщенного твердого раствора и избежать появление крупных интерметаллидов в порошке с учетом высоких скоростей кристаллизации. Хром также образует пересыщенный твердый раствор в алюминиевой матрице и не образует с цирконием совместного интерметаллида, что позволяет в процессе старения сформировать большее число фаз и повысить характеристики прочности. В сплавах, содержащих магний вместо фазы А Сг может образовываться фаза AlisCi^Mgs, что позволяет добиться формирования большего объема интерметаллидных фаз, повышающих прочность. Кроме того, хром и цирконий при определенных соотношениях повышают растворимость друг друга в алюминии. При этом наибольший положительный эффект достигается при соотношении Cr/Zr в интервале от 0,5 до 1,5.
Добавка бора в сплав обеспечивает эффект модифицирования при изготовлении деталей за счет формирования наноразмерных частиц боридов. Более дисперсная структура благоприятнее сказывается на служебных характеристиках готовой детали.
По меньшей мере один элемент из группы железо, марганец, никель вводится для формирования дополнительного упрочнения как за счет формирования твердого раствора, так и за счет формирования фаз интерметаллидов с алюминием, а при высоких концентрациях достигается повышение литейных качеств сплавов, что связано с формированием эвтектики при введении данных элементов в соответствии с равновесными диаграммами состояния.
На чертежах представлены:
Фиг. 1 - Частицы порошка из сплава AlMgCrZr.
Фиг. 2 - Процесс селективного лазерного сплавления и часть полученных образцов.
Фиг. 3 - Изображения структур образцов составов 1, 2, 3, А, В.
Предложенное изобретение поясняется следующим примером.
Приготовление сплава производилось в следующем порядке:
Алюминий был расплавлен и нагрет до температуры 830-850 °С. Затем производилась присадка циркония плавленой лигатурой Al-10%Zr. Хром и железо присаживались таблетками Cr80F20 (80% Сг 20% флюс) и Fe80F20 (80%Fe, 20% флюс), марганец и никель - в виде первичных металлов.
Расплав нагревался до 810-830 °С, выдерживался в течение 1 часа при температуре 790-820 °С, при перемешивался через каждые 15-20 минут.
После съема шлака на поверхность расплава был загружен карналлитовый флюс из расчета 2кг/т и после его расплавления произведена присадка магния. Произведена выдержка в течение ЗОминут, при этом через каждые 15 минут производилось перемешивание.
Бор вводился в расплав в виде лигатуры А1-5%В, произведена выдержка 15 минут и перемешивание расплава.
С поверхности расплава снят шлак и отобраны пробы для контроля химического состава.
По результатам экспресс-анализа произведена корректировка химического состава до расчетного.
Затем проводилась пульверизация расплава через форсунку для получения сферических порошков. Полученные порошки классифицировались на фракцию 20 - 63 мкм.
В качестве газа для распыления использовалась азотно-кислородная.
В результате были получены порошки следующего химического состава, приведенного в таблице 1.
Таблица 1.
Figure imgf000007_0001
Полученные порошки использовались для получения образцов с использованием технологии селективного лазерного сплавления. Для изготовления образцов использовался принтер EOS М290. Печать проводилась при мощности лазера 250 Вт с различным межтрековым расстоянием и скорости печати в интервале 200 - 1000 мм/с.
Качество полученных образцов определяли по микроструктуре. Микрошлифы готовились по стандартной технологии, исследование проводили на нетравленой поверхности с использованием инвертированного металлографического микроскопа МЕТАМ РВ-21.
Изображения структуры представлены на Фиг. 3. Как видно, сплавы А и В не позволили получить структуру без наличия дефектов, что связано с пониженными литейными качествами и большим интервалом кристаллизации сплава. Также в сплаве В с высоким содержанием циркония и хрома обнаружены избыточные интерметаллиды.
Изготавливались также образцы для определения твердости и механических свойств при растяжении. Определение твердости проводилось с использованием твердомера EMCO-TEST, испытания на растяжение проводились в соответствии с ГОСТ- 1497.
Образцы исследовались после отжига при температуре 400 °С в течение 5 часов.
В качестве сравнения использовался сплав AlSilOMg, который отжигали при температуре 300 °С в течение 2 часов. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Figure imgf000008_0001
Полученный материал обладает повышенным на 25% пределом прочности при улучшенном на 70% относительном удлинении.
Кроме того, за счет формирования дисперсоидов, имеющих замедленную диффузию в алюминии, удается сохранить высокие показатели твердости при длительных отжигах при температуре 200°С. Сплавы 5-0 и 6-0 за счет сильной разницы между содержанием хрома и циркония обладают несколько сниженными показателями относительного удлинения за счет формирования более крупных интерметаллидов. Это связано с пониженной 5 растворимостью элементов в алюминиевой матрице при отклонении соотношения от оптимального.
Техническим результатом является повышение характеристик прочности алюминиевого сплава для изготовления деталей с использованием порошковых и аддитивных технологий при сохранении высоко уровня ш относительного удлинения, высокой термической стабильности и отсутствии дефектов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Порошковый алюминиевый материал, содержащий магний, хром, цирконий, отличающийся тем, что дополнительно содержит бор и по меньшей мере один элемент из группы: марганец, железо, никель, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
магний 4,5 - 6,5
хром 0,35 - 0,80
цирконий 0,40 - 1 ,0
бор 0,002 - 0,12
марганец, железо, никель 0,05 - 0,8 суммарно
алюминий и неизбежные примеси остальное
2. Порошковый алюминиевый материал по п. 1 в котором соотношение хрома к цирконию задается в пределах от 0,5 до 1 ,5, обеспечивающее наилучшую их совместную растворимость.
3. Порошковый алюминиевый материал по п. 1, полученный с использованием следующей технологии:
- приготовление алюминиевого расплава требуемого состава;
- рафинирование алюминиевого расплава и перегрев не менее чем на
100°С выше температуры ликвидуса;
- газовое распыление алюминиевого расплава с использованием специализированной форсунки, при этом в качестве газа может быть использован азот, аргон или их смесь с кислородом;
- сепарация порошка с отделением требуемой фракции.
4. Изделие, изготовленное с использованием аддитивных технологий, выполненное из порошкового алюминиевого материала по любому из п.п. 1-3.
PCT/RU2018/000796 2018-12-07 2018-12-07 Поршковый алюминиевый материал WO2020117090A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019103809A RU2744075C2 (ru) 2018-12-07 2018-12-07 Порошковый алюминиевый материал
PCT/RU2018/000796 WO2020117090A1 (ru) 2018-12-07 2018-12-07 Поршковый алюминиевый материал
EP18942401.3A EP3903964B1 (en) 2018-12-07 2018-12-07 Powdered aluminum material
US17/341,279 US20210291270A1 (en) 2018-12-07 2021-06-07 Powdered Aluminum Material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2018/000796 WO2020117090A1 (ru) 2018-12-07 2018-12-07 Поршковый алюминиевый материал

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/341,279 Continuation US20210291270A1 (en) 2018-12-07 2021-06-07 Powdered Aluminum Material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020117090A1 true WO2020117090A1 (ru) 2020-06-11

Family

ID=70974313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000796 WO2020117090A1 (ru) 2018-12-07 2018-12-07 Поршковый алюминиевый материал

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210291270A1 (ru)
EP (1) EP3903964B1 (ru)
RU (1) RU2744075C2 (ru)
WO (1) WO2020117090A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114395742A (zh) * 2021-12-10 2022-04-26 中国商用飞机有限责任公司 一种选区激光熔化AlSi10Mg合金的热处理方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3092119B1 (fr) 2019-01-24 2020-12-25 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, l'alliage comportant au moins du zirconium et du magnésium

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0304284A1 (en) 1987-08-18 1989-02-22 Alcan International Limited Aluminum alloys and a method of production
US5049211A (en) 1986-10-21 1991-09-17 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom And Northern Ireland Rapid solidification route aluminium alloys containing chromium
US5217546A (en) * 1988-02-10 1993-06-08 Comalco Aluminum Limited Cast aluminium alloys and method
US5344507A (en) * 1991-03-14 1994-09-06 Tsuyoshi Masumoto Wear-resistant aluminum alloy and method for working thereof
US6183887B1 (en) * 1991-12-20 2001-02-06 Centre National De La Recherche Scientifique Heat protection element consisting of a quasicrystalline aluminum alloy
CN105695823A (zh) 2016-03-31 2016-06-22 杜生龙 一种具有高力学性能和良好屈服度的铝合金
CN105838939A (zh) 2016-04-11 2016-08-10 海门市东亚铝业有限公司 一种铝镁合金
WO2017077137A2 (en) * 2015-11-06 2017-05-11 Innomaq 21, S.L. Method for the economic manufacturing of metallic parts
US20170298477A1 (en) 2010-12-02 2017-10-19 Airbus Defence and Space GmbH Aluminum-Scandium-Calcium Alloy
WO2018189708A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Tenova S.P.A. Method for producing metal powders by means of gas atomization and production plant of metal powders according to such method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6312643B1 (en) * 1997-10-24 2001-11-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Synthesis of nanoscale aluminum alloy powders and devices therefrom
RU2158659C1 (ru) * 1999-08-12 2000-11-10 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Установка для получения порошков алюминия, магния и их сплавов
RU2233208C2 (ru) * 2002-09-09 2004-07-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Сферический порошок алюминиево-цинкового сплава и способ его получения
JP6389546B1 (ja) * 2017-05-12 2018-09-12 株式会社Uacj 磁気ディスク用アルミニウム合金基板及びその製造方法、ならびに、この磁気ディスク用アルミニウム合金基板を用いた磁気ディスク
FR3086303B1 (fr) * 2018-09-21 2021-07-09 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5049211A (en) 1986-10-21 1991-09-17 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom And Northern Ireland Rapid solidification route aluminium alloys containing chromium
EP0304284A1 (en) 1987-08-18 1989-02-22 Alcan International Limited Aluminum alloys and a method of production
US5217546A (en) * 1988-02-10 1993-06-08 Comalco Aluminum Limited Cast aluminium alloys and method
US5344507A (en) * 1991-03-14 1994-09-06 Tsuyoshi Masumoto Wear-resistant aluminum alloy and method for working thereof
US6183887B1 (en) * 1991-12-20 2001-02-06 Centre National De La Recherche Scientifique Heat protection element consisting of a quasicrystalline aluminum alloy
US20170298477A1 (en) 2010-12-02 2017-10-19 Airbus Defence and Space GmbH Aluminum-Scandium-Calcium Alloy
WO2017077137A2 (en) * 2015-11-06 2017-05-11 Innomaq 21, S.L. Method for the economic manufacturing of metallic parts
CN105695823A (zh) 2016-03-31 2016-06-22 杜生龙 一种具有高力学性能和良好屈服度的铝合金
CN105838939A (zh) 2016-04-11 2016-08-10 海门市东亚铝业有限公司 一种铝镁合金
WO2018189708A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Tenova S.P.A. Method for producing metal powders by means of gas atomization and production plant of metal powders according to such method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. KEMPENL. THIJSE. YASAM. BADROSSAMAYW. VERHEECKEJP. KRUTH: "Process optimization and microstructural analysis for selective laser melting of AlSilOMg", SOLID FREEFORM FABRICATION SYMPOSIUM CONFERENCE, vol. 22, 2011, pages 484 - 495
See also references of EP3903964A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114395742A (zh) * 2021-12-10 2022-04-26 中国商用飞机有限责任公司 一种选区激光熔化AlSi10Mg合金的热处理方法
CN114395742B (zh) * 2021-12-10 2022-10-14 中国商用飞机有限责任公司 一种选区激光熔化AlSi10Mg合金的热处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3903964B1 (en) 2023-05-31
US20210291270A1 (en) 2021-09-23
RU2019103809A3 (ru) 2021-02-09
EP3903964A4 (en) 2022-08-03
RU2744075C2 (ru) 2021-03-02
RU2019103809A (ru) 2021-02-09
EP3903964A1 (en) 2021-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2730821C1 (ru) Жаропрочный порошковый алюминиевый материал
WO2018142141A1 (en) Methods and process to improve the mechanical properties of cast aluminium alloys at ambient temperature and at elevated temperatures
JP4187018B2 (ja) 耐リラクセーション特性に優れた鋳造アルミニウム合金とその熱処理方法
Dev et al. Effect of scandium additions on microstructure and mechanical properties of Al–Zn–Mg alloy welds
WO2015019876A1 (ja) Cuを添加したNi-Cr-Fe基合金ろう材
CN110832093B (zh) 用于添加剂技术的铝合金
CA3162766C (en) Powder aluminium material
US20240011131A1 (en) Aluminum alloy and methods for additive manufacturing of lightweight parts
US20210291270A1 (en) Powdered Aluminum Material
Gonzalez et al. Directed energy deposition of AA7075-Effect of TiC nanoparticles on microstructure
Yeom et al. Effects of Mg enhancement and heat treatment on microstructures and tensile properties of Al2Ca-added ADC12 die casting alloys
US20210285076A1 (en) Aluminum-copper-manganese-zirconium alloys for metal additive manufacturing
Hwang et al. A study on the qualities of GTA-welded squeeze-cast A356 alloy
Kumari et al. Influence of calcium on the microstructure and properties of an Al-7Si-0.3 Mg-x Fe alloy
Seshagiri et al. Improvement of mechanical properties of aluminium–copper alloy (AA2219) GTA welds by Sc addition
Kumari et al. A study on the structural, age hardening and mechanical characteristics of Mn and Ca added Al–7Si–0.3 Mg–0.6 Fe alloy
CN117604341A (zh) 高冲击韧性铝镁硅合金材料及构件的铸造方法
JP7691499B2 (ja) 高い熱伝導率を有する粉状材料
JP2503119B2 (ja) ベリリウム銅合金の鋳造方法
RU2596535C2 (ru) Припой для пайки алюминия и его сплавов
Ludwig Trace elements in Al-Si foundry alloys
RU2804221C1 (ru) Алюминиевый материал для аддитивных технологий и изделие, полученное из этого материала
KR101388922B1 (ko) 철-망간 전율고용체를 포함하는 알루미늄 합금 및 그 제조방법
WO2024128937A1 (ru) Алюминиевый материал для аддитивных технологий и изделие, полученное из этого материала
RU2742098C1 (ru) Жаропрочный коррозионно-стойкий порошковый алюминиевый материал и изделие из него

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: 18942401

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018942401

Country of ref document: EP

Effective date: 20210707