ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C22C21/02 

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления дисков автомобильных колес, получаемых литьем под низким давлением.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%: кремний 10-12; магний 0,25-0,35; бериллий 0,05-0,2; титан 0,1-0,3; бор 0,05-0,15; марганец 0,05-0,2; стронций 0,02-0,06; примеси (не более) железо 0,4; медь 0,3; алюминий - остальное (заявка на изобретение №95114156).

Недостатком данного сплава при изготовлении дисков автомобильных колес является присутствие бериллия, увеличивающего стоимость сплава и оказывающего вредное влияние на здоровье людей. Кроме того, наличие меди приводит к понижению коррозионной стойкости готовых колес.

Наиболее близким сплавом к предложенному является литейный сплав для изготовления автомобильных колес, содержащий, мас.%: Si 5-12, Mg 0,1-1, Fe 0,16, Mn 1,5 и менее, Cu 1,0 и менее, элементы-модификаторы для измельчения структуры из ряда Ti 0,3-0,2, Sr 0,005-0,1, остальное - алюминий (CN 102206778 A, C22C 21/04, 05.10.2011, реферат).

Недостатком данного сплава при изготовлении дисков автомобильных колес является небольшое количество элементов, которые могут быть использованы в качестве модификаторов, и установлено соотношение железа и марганца, обеспечивающее изменение морфологии железосодержащей β-фазы из игольчатой в скелетообразную форму.

Задачей изобретения является создание сплава на основе алюминия, используемого при изготовлении дисков автомобильных колес, обладающего повышенными механическими свойствами и приготовленного на основе первичного алюминия с повышенным содержанием железа.

Поставленная задача решена тем, что литейный сплав на основе алюминия содержит кремний, магний, марганец, железо, элементы-модификаторы для измельчения эвтектики из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca и элементы-модификаторы для измельчения α-твердого раствора из ряда Ti, B, Zr, Sc при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний 10,0-13,0

магний не более 0,15

железо не более 0,5

марганец не более 0,5:0,5

элементы-модификаторы для измельчения эвтектики из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca в сумме не более 0,05

элементы-модификаторы для измельчения α-твердого раствора из ряда Ti, В, Zr, Sc в сумме не более 0,12

алюминий - остальное, при соотношении железа к марганцу 1:1.

Содержание кремния в количестве 10,0-13,0% обеспечивает сплаву хорошие литейные свойства из-за наличия эвтектики Al-Si. Уменьшение или увеличение содержания кремния изменяет характер кристаллизации сплава, что ухудшает литейные свойства и не позволяет получать качественные, сложные по конфигурации, высокоточные отливки дисков колес методом литья под низким давлением.

Введение магния в количестве до 0,15 мас.% обеспечивает сплаву высокие прочностные свойства и улучшает обработку резанием готовых изделий. Увеличение содержания магния более 0,15 мас.% приводит к большему искажению кристаллической решетки алюминия и, как следствие, к снижению пластичности готовых изделий.

Соотношение железо:марганец 1:1 обеспечивает изменение морфологии железосодержащей β-фазы из игольчатой в скелетообразную форму, что приводит к увеличению механических свойств дисков колес при литье под низким давлением. Увеличение или уменьшение количества марганца в данном соотношении не приводит к образованию скелетообразной фазы во всем объеме отливки при ее кристаллизации.

Элементы-модификаторы из ряда Sb, Sr, Na, К, Ca вводят в состав сплава для модифицирования кремния в эвтектике. Увеличение их содержания более 0,05 мас.% приводит к образованию фаз, которые охрупчивают сплав.

Элементы-модификаторы из ряда Ti, B, Zr, Sc вводят для измельчения зерна твердого раствора на основе алюминия. Увеличение их содержания более 0,12 мас.% приводит к удорожанию сплава, но не способствует дальнейшему измельчению зерна отливок.

ПРИМЕР

Были приготовлены три экспериментальных сплава, составы которых указаны в табл.1. Сплавы готовили в индукционной печи ИАТ-2,5 в заводских условиях ООО «КиК» (г. Красноярск) на основе первичного алюминия марки А7. Химический состав сплава определяли на эмиссионном спектрометре SPECTROmax (в процессе плавки состав доводили до заданных значений). Из экспериментальных сплавов были получены диски автомобильных колес методом литья под низким давлением на машине GIMMA.

Механические свойства при испытании на разрыв образцов, выточенных из отливок колес, определяли по ГОСТ 1497-84, твердость по Бринеллю - по ГОСТ 9012-59.

Из представленной таблицы видно, что сплавы 1 и 4 не обеспечивают дискам высоких механических свойств.

Состав 2, 3 обеспечивает наилучшее сочетание условного предела текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения и твердости отливок дисков колес, удовлетворяющих требованиям ГОСТ Р 50511-93. При этом при содержании железа к марганцу, равного 1:1, включения железистой β-фазы переходят из игольчатой в компактную скелетообразную форму, что снижает вредное влияние железа на механические свойства сплава. Кроме того, использование первичного алюминия низкой сортности (А7, А7Э, ГОСТ 11069-2001) в составе шихты обеспечивает снижение себестоимости готовых дисков автомобильных колес. Наличие элементов-модификаторов из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca позволяет измельчать кремний, входящий в состав эвтектики, тем самым повышая относительное удлинение сплава. Наличие элементов-модификаторов из ряда Ti, B, Zr, Sc позволяет измельчать зерно α-твердого раствора, что повышает условный предел текучести, временное сопротивление разрыву и твердость по Бринеллю.

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления дисков автомобильных колес. Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, марганец, железо, дополнительно содержит, мас.%: кремний 10,0-13,0, магний не более 0,15, железо не более 0,5, марганец не более 0,5, элементы-модификаторы для измельчения эвтектики из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca в сумме не более 0,05, элементы-модификаторы для измельчения α-твердого раствора из ряда Ti, B, Zr, Sc в сумме не более 0,12, алюминий - остальное, при соотношении железа к марганцу 1:1. Технический результат заключается в повышении условного предела текучести, временного сопротивления разрыву и твердости. 1 табл., 1 пр.

Литейный сплав на основе алюминия для изготовления дисков автомобильных колес, содержащий кремний, магний, марганец и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит элементы-модификаторы для измельчения эвтектики из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca и элементы-модификаторы для измельчения α-твердого раствора из ряда Ti, B, Zr, Sc, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кремний 10,0-13,0 магний не более 0,15 железо не более 0,5 марганец не более 0,5 элементы-модификаторы   для измельчения эвтектики   из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca   в сумме не более 0,05 элементы-модификаторы   для измельчения α-твердого раствора   из ряда Ti, B, Zr, Sc в сумме не более 0,12 алюминий остальное