СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО Российский патент 2008 года по МПК C22C21/08 C22C21/04 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия системы алюминий-магний-кремний, применяемых для изготовления изделий на линиях скоростного резания, изделий, предназначенных для последующей механической обработки.

Известен сплав на основе алюминия, следующего состава, мас.%:

Меди около 0,15-1,0Олова около 0,4-1,5Магния около 0,65-1,35Кремния около 0,4-1,1Марганца около 0,002-0,35Железа до 0,5Хрома до 0,15Титана до 0,15Алюминий остальное

(патент №2126848 RU, C22C 21/00, C22F 1/04, 1999).

Недостатками указанного сплава являются недостаточная прочность на разрыв, недостаточная обрабатываемость резанием и качество поверхности после обработки по сравнению со сплавами, легированными свинцом.

Эти недостатки обуславливаются низким содержанием марганца, отсутствием в сплаве модифицирующих элементов, что приводит к укрупнению зерна на стадии литья и последующей обработке давлением.

Наиболее близким по химическому составу и назначению к заявляемому сплаву на основе алюминия является легкообрабатываемый алюминиевый сплав серии АА6000, в частности АА6061, АА6070, АА6082, включающий один висмут или висмут и олово вместе, где висмут используется в пределах 0,1-3,0 вес.% и олово в пределах 0,1-1,5 вес.% (патент ЕР 1214456, С22С 21/00, 21/04, 21/08, 21/12, 28.12.2005).

Недостатками указанного сплава, принятого за прототип, является недостаточная обрабатываемость резанием и невысокое качество поверхности после обработки по сравнению со сплавами, легированными свинцом.

К причинам, обуславливающим возникновение указанных недостатков, относится отсутствие в сплавах серии АА6000 модифицирующих элементов, что приводит к росту зерна на стадиях литья и последующей обработки давлением, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на обрабатываемости сплава резанием.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение сплава на основе алюминия, не содержащего в своем составе свинец, с превосходной способностью к механической обработке, высокой стойкостью к коррозии и повышенной прочностью.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:

- повышение характеристик сплава при обработке резанием;

- снижение производственных затрат за счет ускорения резанием;

- снижение загрязнения окружающей среды.

Все вышеперечисленное позволит использовать предлагаемый сплав для изготовления полуфабрикатов и изделий из них, применяемых в машиностроении, автомобилестроении, при изготовлении различных сборных систем, пресс-форм и т.п.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагается сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, железо, медь, титан и, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей олово и висмут, который дополнительно содержит, по крайней мере, один элемент из группы галлий и кальций и по крайней мере один элемент из группы бор и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

магний0,6-1,2кремний0,6-1,2марганец0,3 -1,0железо0,1-0,5медь0,05-1,0титан0,005-0,05

по крайней мере, один элемент из группы:

олово0,6-1,0висмут0,2-0,8

по крайней мере, один элемент из группы:

галлий0,001-0,05кальций0,001-0,05

по крайней мере, один элемент из группы:

бор0,0005-0,005углерод0,0001-0,005алюминийостальное.

Сплав на основе алюминия, используемый для изготовления полуфабрикатов и изделий, отличается от известного сплава, принятого за прототип, тем, что он не содержит хром, дополнительно содержит, по крайней мере, один элемент из группы галлий и кальций и, по крайней мере, один элемент из группы бор и углерод.

Более высокое содержание марганца в предлагаемом сплаве позволяет повысить прочностные свойства изделий из указанного сплава.

Введение в сплав галлия и/или кальция, являющихся модификаторами зерна I рода, и бора и/или углерода, которые в сочетании с титаном являются модификаторами зерна II рода, позволяет уменьшить размер зерна, что ведет к повышению качества обрабатываемой поверхности, повышению скоростей резания без ухудшения качества поверхности.

Так как сплав не содержит в своем составе хром и свинец, это позволяет уменьшить вредное воздействие на промышленный персонал во время изготовления изделий и значительно снизить вредное влияние сплава на окружающую среду в процессе утилизации изделий из данного сплава.

Из предлагаемого сплава на основе алюминия могут быть получены прессованные изделия, такие как прутки, профили, трубы.

В предлагаемом изделии, выполненном из сплава на основе алюминия, используемого для изготовления полуфабрикатов, технический результат достигается тем, что в качестве материала заготовки используется сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 0,6-1,2; кремний 0,6-1,2; марганец 0,3-1,0; железо 0,1-0,5; медь 0,05-1,0; титан 0,005-0,05; по крайней мере, один элемент из группы: олово 0,6-1,0, висмут 0,2-0,8; по крайней мере, один элемент из группы: галлий 0,001-0,05, кальций 0,001-0,05; по крайней мере, один элемент из группы: бор 0,0005-0,005, углерод 0,0001-0,005; алюминий остальное.

Пример выполнения.

Из слитков сплавов, химический состав которых приведен в таблице 1, были изготовлены следующие полуфабрикаты:

- квадрат 50×50 мм, длиной 6000 мм;

- прутки ⊘55 мм, ⊘41,5 мм, ⊘40 мм, длиной 6000 мм;

- профиль НП 74-574, длиной 5000 мм;

- профиль ПК 801-72 длиной 6000 мм.

Химический состав сплавов приведен в таблице 1. Полуфабрикаты подвергли термической обработке по подобранным опытным путем режимам. Механические свойства сплавов, полученные в результате испытаний, приведены в таблице 2.

Таблица 1
Химический состав сплавовСплавСодержание элементов, %SiFeCuMnMgTiBiSnGaCaВАналог (по патенту 2126848 RU)0,6-0,70,1-0,20,8-0,90,010,8-0,90,01<0,011,3---Прототип (по патенту ЕР 1214456)0,8-0,90,10,26-0,320,40,80,01-0,020,40,8-1,04---Предлагаемый0,80,10,050,4-0,50,8-0,90,010,40,7-0,90,0070,0020,001

Таблица 2
Механические свойства сплавовСплав, состояниеВид полуфабрикатаМеханические свойстваσ_в, МПаσ_0,2, МПаδ, %Прототип50×50325-329257-25916,5-17,0⊘55319-32025118,0-19,0⊘41,5364-371333-34212,0⊘40,0^*29425013,5НП74-574291-301229-24116,5-18,0ПК801-72299-307249-25716,5-17,0Аналог50×50250-338233-31312,5-17,0⊘55321-326293-29512,0-13,0⊘41,5305-308238-24116,0⊘40,0^*35532310,5НП74-574348-351315-31814,0-14,5ПК801-72342-343316-32112,0-13,0Предлагаемый50×50322-372295-34111,0-13,0⊘55362-372331-34111,5-13,0⊘41,5384-386344-34611,0-13,0⊘40,0^*38035311,0НП74-574364-368322-32814,0ПК801-72377-382347-35512,0-13,0

Таким образом, механические свойства сплавов укладываются в следующие пределы:

Прототип -σ_в≥291-371 МПа; σ_0,2≥229-333 МПа; δ≥12-19,0%;Аналог -σ_в≥250-351 МПа; σ_0,2≥233-321 МПа; δ≥10-17,0%;Предлагаемый -σ_в≥322-386 МПа; σ_0,2≥295-355 МПа; δ≥11-14,0%.

Результаты испытания сплавов на обрабатываемость резанием представлены в виде диаграмм (фиг.1-4).

Таким образом, предлагаемый сплав обеспечивает достижение технической задачи - улучшение характеристик сплава при обработке резанием, что позволяет снизить производственные затраты за счет увеличения скорости резания; кроме того, снижение содержания свинца в сплаве и некоторых других вредных примесей позволяет улучшить экологичность производственных процессов приготовления сплавов и в целом окружающей среды.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия системы алюминий-магний-кремний, применяемых для изготовления изделий на линиях скоростного резания, а также изделий, предназначенных для последующей механической обработки. Сплав и изделие из него содержат следующие компоненты, мас.%: магний 0,6-1,2, кремний 0,6-1,2, марганец 0,3-1,0, железо 0,1-0,5, медь 0,05-1,0, титан 0,005-0,05, по крайней мере один элемент из группы: олово 0,6-1,0, висмут 0,2-0,8, по крайней мере один элемент из группы: галлий 0,001-0,05, кальций 0,001-0,05, по крайней мере один элемент из группы: бор 0,0005-0,005, углерод 0,0001-0,005, алюминий остальное. Получают сплав и изделие из него, не содержащие в своем составе свинец, обладающие улучшенной способностью к механической обработке, высокой стойкостью к коррозии и повышенной прочностью. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, железо, медь, титан и по крайней мере один элемент из группы олово и висмут, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один элемент из группы: галлий и кальций и по крайней мере один элемент из группы: бор и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

магний0,6-1,2кремний0,6-1,2марганец0,3-1,0железо0,1-0,5медь0,05-1,0титан0,005-0,05

по крайней мере один элемент из группы

олово0,6-1,0висмут0,2-0,8

по крайней мере один элемент из группы

галлий0,001-0,05кальций0,001-0,05

по крайней мере один элемент из группы

бор0,0005-0,005углерод0,0001-0,005алюминийостальное

магний0,6-1,2кремний0,6-1,2марганец0,3-1,0железо0,1-0,5медь0,05-1,0титан0,005-0,05

по крайней мере один элемент из группы

олово0,6-1,0висмут0,2-0,8

по крайней мере один элемент из группы

галлий0,001-0,05кальций0,001-0,05

по крайней мере один элемент из группы

бор0,0005-0,005углерод0,0001-0,005алюминийостальное