ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2015 года по МПК C22C21/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия системы Al-Si-Cu-Mg, применяемых в качестве базовых деталей агрегатов управления топливной системой в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен (Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Aluminum Alloys in the Form of Casting and Ingot. The Aluminum Association, Inc. 900 19^th Street N.W. Washington. D.C. 200078 Revised. September 1, 1987 Supersedes July, 1985) литейный сплав на основе алюминия, содержащий (мас.%):

Si 6,5-7,5 Mg 0,55-0,60 Ti 0,10-0,20 Al остальное

Известен также (Патент РФ №2082806, опубл. 27.06.1997) сплав на основе алюминия, содержащий (мас.%):

Si 5,0-13,0 Cu 1,2-3,5 Mg 0,3-1,5 Ti 0,10-0,30 Be 0,001-0,1 Cr 0,015-0,05 Sc 0,01-0,2 Sr 0,015-0,05 al остальное

Недостатками вышеперечисленных и большинства других сплавов-аналогов являются невысокие механические свойства (до 300 МПа), что не позволяет использовать их в деталях агрегатов управления топливной системой технологичность при литье в песчаные формы.

Аналогом настоящего изобретения (Патент РФ №2237096, опубл. 27.09.2004 г.) является литейный сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, скандий, цирконий, сурьму, титан, кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Si 5,0-10,0 Cu 2,0-5,0 Mg 0,3-0,7 Ti 0,05-0,4 Zr 0,01-0,3 Sb 0,2-0,4 Sc 0,05-0,5 Nd 0,1-0,3 Ca 0,3-2,0 Al остальное

Недостатком сплава, известного из прототипа являются многокомпонентность, дороговизна некоторых добавок.

Из предшествующего уровня техники известен (Заявка EP 2241644 (A1), опубл. 20.10.2010) алюминиевый сплав состава, мас.%:

Mg 0,2-3,0

По крайней мере один из элементов:

Si 0,1-2,0 Cu 0,2-6,5 Mn 0,1-2,0

По крайней мере один из элементов (группа 1):

Sc 0,1-0,5 Er 0,1-6,0 Tm 0,1-10,0 Yt 0,1-15,0 Lu 0,1-12,0

По крайней мере один из элементов (группа 2):

Gd 0,1-4,0 Y 0,1-4,0 Ti 0,05-2,0 Zr 0,05-1,0 Hf 0,05-2,0 Nb 0,05-1,0и Al остальное

Сплав типа твердого раствора содержит множество дисперсных частиц состава Al₃X со структурой L1₂, где X включает по крайней мере один элемент из группы 1 и по крайней мере один элемент из группы 2.

Наиболее близким аналогом является (Заявка EP 2112239 (A2), опубл. 28.10.2009) алюминиевый сплав состава, мас.%:

Mg 1,0-8,0

По крайней мере один из элементов:

Si 4-25 Cu 0,2-3,0 Li 0,5-3,0 Zn 3,0-12,0

По крайней мере один из элементов (группа 1):

Sc 0,1-4,0 Er 0,1-20,0 Tm 0,1-15,0 Yt 0,1-15,0 Lu 0,1-15,0

По крайней мере один из элементов (группа 2):

Gd 0,1-20,0 Y 0,1-20,0 Ti 0,05-10,0 Zr 0,05-4,0 Hf 0,05-10,0 Nb 0,05-5,0

Сплав типа твердого раствора содержит множество дисперсных частиц состава Al₃X со структурой L1₂, где X включает по крайней мере один элемент из группы 1 и по крайней мере один элемент из группы 2.

Основным недостатком данных сплавов является повышенное содержания магния, что ведет к охрупчиванию сплава, а также увеличение материалоемкости при его приготовлении. Другими недостатками являются сложность приготовления - необходимо подготовить интерметаллидные частицы, также для получения нужных свойств, сплав необходимо охлаждать с высокой скоростью - до 10³°C/с.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание литейного сплава на основе алюминия с механическими свойствами на уровне прототипа, экономно легированного.

Техническим результатом является предотвращение охрупчивание сплавов на основе алюминия, уменьшение материалоемкости, сокращение отходов, упрощение технологии производства, литейный сплав можно использовать для получения сложных по конфигурации фасонных отливок.

Поставленный технический результат достигается тем, что литейный сплав на основе алюминия содержит кремний, медь, магний, титан, цирконий, скандий, отличающийся тем, что упомянутые элементы содержатся при следующем соотношении, мас.%:

Кремний 7,0-12,0 Медь 1,0-3,5 Магний 0,1-0,9 Титан 0,01-0,4 Цирконий 0,01-0,4 Скандий 0,01-0,5 Алюминий остальное

Установлено, что при данном экономном легировании, а также соотношении и содержании введенных компонентов сохраняются высокие значения прочности на уровне прототипа.

Примеры осуществления

Пример 1.

Сплав Состава 1 (см. Таблицу 1) готовили в электрических печах сопротивления в графитово-шамотных тиглях. Литьем в металлические формы отливали заготовки, из которых вытачивали стандартные образцы ⌀12 мм для определения механических свойств при комнатной температуре. Образцы испытывали в закаленном и искусственно состаренном состоянии по режиму Т5: нагрев под закалку 3-ступенчатый: 490±5°C - 4 ч, +500±5°C - 4 ч, +510±5°C - 6 ч, охл. в воде с т-рой 20°C, старение при 160±5°C - 10 ч, охлаждение на воздухе.

Пример 2. То же, что в Примере 1, только для Состава 2 (Таблица 1).

Пример 3. То же, что в Примере 1, только для Состава 3 (Таблица 1).

В Таблице 1 приведен химический состав предлагаемого сплава и сплава-прототипа.

Из таблицы 2 следует, что предлагаемый сплав имеет более высокие литейные свойства, а также, более низкую плотность.

Фасонные отливки, изготовленные из сплава по настоящему изобретению, прошли контроль качества. Брака по литью не обнаружено.

Таким образом, применение предлагаемого сплава на основе алюминия в изделиях агрегато-, самолето- и автомобилестроения в качестве корпусных деталей агрегатов управления топливной системой позволит снизить массу изделий на 15%, увеличить ресурс в 4 раза, а также ликвидировать брак по качеству литья.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия системы Al-Si-Cu-Mg, применяемых в качестве базовых деталей агрегатов управления топливной системой в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Литейный сплав на основе алюминия содержит, мас.%: кремний 7,0-12,0; медь 1,0-3,5; магний 0,1-0,9, титан 0,01-0,4; цирконий 0,01-0,4; скандий 0,01-0,5, алюминий - остальное. Технический результат изобретения заключается в предотвращении охрупчивания сплавов на основе алюминия, уменьшении материалоемкости, сокращении отходов, упрощении технологии производства. 2 н.п. ф-лы, 3 пр., 2 табл.

1. Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, магний, титан, цирконий, скандий, отличающийся тем, что упомянутые элементы содержатся при следующем соотношении, мас.%:
кремний 7,0-12,0 медь 1,0-3,5 магний 0,1-0,9 титан 0,01-0,4 цирконий 0,01-0,4 скандий 0,01-0,5 алюминий остальное

2. Изделие из литейного сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.