СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФАСОННЫХ ОТЛИВОК АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2010 года по МПК B22C9/06 B22D17/00 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способам получения фасонных отливок сплавов системы алюминий-кремний литьем под низким давлением, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, использующих литье под низким давлением для сплавов системы алюминий-кремний.

Известен способ получения отливок под давлением из алюминиево-кремниевых сплавов (ГОСТ 1583). Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получать отливки с повышенными механическими характеристиками.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ, предложенный в работе: Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием.- М: Металлургия, 1977, с.239, включающим литье под давлением. К недостаткам метода получения отливок при использовании прототипа следует отнести также пониженный уровень механических свойств отливок.

Основная задача изобретения заключается в повышении качества фасонных отливок, а именно увеличение прочности и пластичности отливок из алюминиево-кремниевых сплавов, имеющих заданный фазовый и структурный состав.

Для достижения поставленной задачи заявляемый способ получения фасонных отливок сплавов системы алюминий-кремний содержит следующую совокупность существенных признаков, литье под давлением менее 1 бар, применение скорости охлаждения 0,6-1,8 К/с в интервале температур кристаллизации отливок, содержащих после затвердевания в структуре твердый раствор легирующих элементов в алюминии, модифицированную и немодифицированную эвтектики, а также железосодержащие фазы - Fe₂SiAl₈ - α-фаза, FeSiAl₅ - β-фаза, концентрации которых составляют, об.%: твердого раствора легирующих элементов в алюминии - 22±3; модифицированной эвтектики - 70±5; немодифицированной эвтектики - 8±2; сумма железосодержащих фаз α и β - 0,7±0,2.

Отличительными особенностями заявляемого изобретения являются:

- литье под низким менее 1 бар регулируемым давлением;

- применение скорости охлаждения при кристаллизации отливок 0,6-1,8 К/с;

- содержание в структуре твердого раствора легирующих элементов в алюминии в количестве 22±3 об.%;

- содержание модифицированной и немодифицированной эвтектик, соответственно 70±5 и 8±2 об.%;

- сумма железосодержащих фаз α и β - 0,7±0,2 об.%.

Между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь, которая прослеживается по данным, приведенным в таблицах 1 и 2. Экспериментально установлено, что литье под низким, менее 1 бар, давлением и выбор граничных значений параметров охлаждения фасонных отливок, а именно изменение скорости охлаждения в интервале 0,6-1,8 К/с, приводят к получению в структуре отливок заявляемых концентраций фаз и структурных составляющих и способствуют росту прочности и пластичности. Это связано также и с измельчением фаз и структурных составляющих, что обеспечивается оговоренными в заявляемом способе методом литья и скоростями охлаждения при кристаллизации отливок. Экспериментальная реализация заданных параметров литья выполнялась на отливках из высококремнистого алюминиевого сплава марки АК12 (таблицы 1, 2).

Таблица 1 Параметры литья отливок и структура* сплава марки АК12 Пример Способ обработки Скорость охлаждения при кристаллизации, К/с Al - твердый раствор, об.% Модифицирован
ная эвтектика, % Не - модифицированная эвтектика, % α и β - железосодержащие фазы, об.% 1 Известный - - - - - 2 Предлагаемый 0,6 19 70 10 0,75 3   1,2 23 66 8 0,71 4   1,8 24 75 6 0,56 5 За пределами 0,4 30 54 15 1,0 6 предлагаемыми 2,2 13 84 2 1,0 *Представлены средние значения по пяти полям зрения микроскопа, в каждом поле выполнялось по 15 замеров

Таблица 2 Механические свойства отливок Пример* Механические свойства** σ_в, МПа σ_0,2, МПа δ, % 1 140 - 4,0 2 165 88 8,0 3 179 94 12,0 4 184 97 13,5 5 157 82 6,0 6 145 78 4,0 *Номер примера и режим кристаллизации соответствуют таблице 1; **Приведены средние значения механических свойств трех различных партий, исключая первый пример

Пример конкретной реализации заявляемого способа был выполнен при литье отливок под низким, менее 1 бар, регулируемым давлением из сплава марки АК12. Литье под низким, 1 бар, регулируемым давлением является оптимальным, так как отсутствие давления не обеспечивает получения качественных фасонных отливок. При этом в отливках наблюдаются недоливы, особенно в тонких ее частях и узких каналах. Повышение давления выше 1 бар также понижает качество отливок, что связано с высокими скоростями заполнения расплавом водоохлаждаемой формы, что ведет к повышенному газосодержанию и пористости.

Скорости охлаждения, находящиеся за пределами и предлагаемые в формуле изобретения, равные 0,4-2,2 К/с в интервале температур кристаллизации сплава марки АК12, достигаются следующим образом: 0,4 К/с - при охлаждении отливки в предварительно нагретом до 150°С кокиле, изолированном асбестовым листом; 0,6 К/с - разливка в холодный кокиль; 1,2 К/с - литье в холодный кокиль, с обдувкой его сжатым воздухом; 1,8 К/с - разливка в водоохлаждаемый кокиль; 2,2 К/с - литье в металлическую форму, охлаждаемую ледяной водой. Скорость охлаждения ниже 0,6 К/с не обеспечивает заданного фазового и структурного состава, что приводит к пониженным механическим характеристикам (пример 5). Скорости охлаждения выше, оговоренных в формуле 1,8 К/с, приводят к возникновению высоких литейных напряжений, иногда к образованию трещин, не позволяют получить заданных структур, а следовательно, снижают механические свойства (пример 6).

Количественная оценка фаз и структурных составляющих выполнялась на металлографических шлифах, приготовленных стандартным методом, с изучением структуры на оптическом микроскопе фирмы Carl Zeiss модель Axio Observer. Автоматическая модель Axio Observer позволяет определять размеры и площадь, занимаемую отдельными фазами и структурными составляющими. Полученные численные значения оценки микроструктуры выдаются данной программой в таблицах, которые легко обрабатываются в Excel.

Технический результат при реализации в промышленности заявляемого способа получения фасонных отливок заключается в повышении прочностных и пластических свойств фасонных отливок из сплавов системы алюминий-кремний.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения фасонных отливок сплавов системы алюминий-кремний литьем под низким давлением, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, использующих литье под низким давлением для сплавов системы алюминий-кремний. Литье ведут под регулируемым давлением менее 1 бар, а охлаждение при кристаллизации выполняют со скоростью 0,6-1,8 К/с. Получают структуру отливок после кристаллизации, содержащую твердый раствор легирующих элементов в алюминии, модифицированную и немодифицированную эвтектики и железосодержащие фазы: Fe₂SiAl₈ - α-фаза, FeSiAl₅ - β-фаза, концентрации которых составляют, в объемных %: твердый раствор легирующих элементов в алюминии 22±3, модифицированная эвтектика 70±5, немодифицированная эвтектика 8±2, а сумма железосодержащих фаз α и β - 0,7±0,2. Получают фасонные отливки, обладающие повышенными прочностными и пластическими свойствами. 2 табл.

Способ получения фасонных отливок алюминиево-кремниевых сплавов, включающий литье под давлением и кристаллизацию, отличающийся тем, что литье ведут под регулируемым давлением менее 1 бар, а охлаждение в интервале кристаллизации выполняют со скоростью 0,6-1,8 К/с и получают содержание в структуре отливок после кристаллизации твердого раствора легирующих элементов в алюминии, модифицированной и немодифицированной эвтектики и железосодержащих фаз: Fe₂SiAl₈ - α-фаза, FeSiAl₅ - β-фаза, концентрации которых составляют, об.%: твердый раствор легирующих элементов в алюминии 22±3, модифицированная эвтектика 70±5, немодифицированная эвтектика 8±2, а сумма железосодержащих фаз α и β 0,7±0,2.