ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫЙ СПЛАВ Российский патент 2018 года по МПК C22C21/02 

Описание патента на изобретение RU2659514C1

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением.

Диски автомобильных колес отличаются сложной формой, поэтому их, как правило, изготавливают из силуминов (сплавов на основе системы Al-Si), которые обладают высокими литейными свойствами. В частности, широко используются сплавы типа АК7пч (и зарубежные аналоги типа АА 356), содержащие около 7% Si (Золоторевский B.C., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. - М.: МИСиС, 2005, 376 с.). Из-за малого количества эвтектики (около 50 об.%) такие сплавы обладают недостаточно высокими литейными свойствами, что не позволяет получать из них отливки особо сложной формы. Другим недостатком этих сплавов является строгое ограничение по примеси железа (как правило, допускается не более 0,1%), что требует использовать для их приготовления первичный алюминий марки не ниже А85 (ГОСТ 11069-2001). Это ограничивает использование алюминия с повышенным содержанием железа, что обуславливает относительно высокую стоимость отливок.

Наиболее высокими литейными свойствами обладают эвтектические силумины типа АК12. Свойства таких сплавов сильно зависят от структуры, в частности от степени модифицирования алюминиево-кремниевой эвтектики и морфологии железистой фазы.

Известен метод получения эвтектического силумина АК12, раскрытый в патенте RU 2385783 (опубл. 10.04.2010 г., бюл. 10). По данному способу в отливках, полученных методом литья под низким давлением, реализована «структура, содержащая 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».

Данным способом получают фасонные отливки, обладающие следующими механическими свойствами на растяжение: σв=145-184 МПа, σ0,2=78=97 МПа, δ=4-13,5%. Недостатком отливок, полученных по данному способу, является невысокая пластичность, что обусловлено наличием немодифицированной эвтектики в количестве 8 об. % и фазы β (Al5FeSi), которая имеет неблагоприятную игольчатую морфологию.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является эвтектический силумин, раскрытый в патенте RU 2576707 (опубл. 10.01.2016, бюл. 7). Данный сплав «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, Сa в сумме не более 0,05, элементы-модификаторы для измельчения - твердого раствора из ряда Ti, В, Zr, Sc в сумме не более 0,12, алюминий - остальное, при соотношении железа к марганцу 1:1». Технический результат данного изобретения заключается в повышении условного предела текучести, временного сопротивления разрыву и твердости.

Недостатком данного сплава является нестабильность механических свойств, что обусловлено большим количество модифицирующих добавок, в частности таких элементов, как натрий и калий. При повторных переплавах концентрации этих элементов снижаются и, как следствие, снижается степень модифицирования алюминиево-кремниевой эвтектики и ухудшается морфология железистых фаз.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является создание нового алюминиево-кремниевого сплава, предназначенного для получения фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением, допускающего в своем составе не менее 0,3% Fe и обеспечивающего стабильность механических свойств при переплавах.

Техническим результатом является создание нового экономнолегированного силумина, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и обладающего высокими и стабильными механическими свойствами.

Технический результат достигается тем, что в литейном алюминиево-кремниевом сплаве, содержащем кремний, магний, марганец, железо и стронций, характеризующийся структурой, состоящей из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора и алюминиево-кремниевой эвтектики, в состав которой входит стронцийсодержащая фаза, новым является то, что он содержит компоненты в следующем количестве, мас. %:

Кремний 10,5-11,5 Стронций 0,03-0,07 Магний 0,06-0,11 Марганец 0,3-0,5 Железо 0,3-0,5

при этом не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы (Al15(Fe,Mn)3Si2.

В частном исполнении сплав выполнен в виде отливок, предназначенных для изготовления дисков автомобильных колес.Обладает следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) не менее 150 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 5%.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Марганец и железо в заявленных пределах полностью входят в эвтектические включений фазы Al15(FeMn)3Si2, которые кристаллизуются преимущественно в составе четверной эвтектики (Al)+(Si)+Al2Si2Sr+Al15(FeMn)3Si2. Такой характер кристаллизации оказывает благоприятное влияние на литую структуру, а именно на морфологию алюминиево-кремниевой эвтектики и железистой фазы, что способствует высокой пластичности отливок в литом состоянии.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 приведена микроструктура заявляемого сплава (состав 3 в табл. 1), СЭМ, где а) общий вид, б) внутренне строение алюминиево-кремниевой эвтектики.

ПРИМЕР 1.

Были приготовлены 6 сплавов, составы которых указаны в табл. 1. Все сплавы содержали не менее 0,3% Fe. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия марки А85 (ГОСТ 11069-2001), кремния марки Кр00 (ГОСТ 2169-69) и магния марки Мг90 (99,9%) и лигатур: Al-10%Mn, Al-10%Fe и Аl-10%Sr. Заливку сплава осуществляли в стальную изложницу (по ГОСТ1583-93), разогретую до температуры 550°С, что позволило смоделировать скорость затвердевания, близкую к той, которая характерна при литье дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением. Все сплавы переплавляли и 2 раза повторяли эксперимент. Таким образом, было сделаны по 3 плавки для каждого сплава. Подшихтовка не проводилась.

Фазовый состав определяли экспериментальным путем с помощью электронной сканирующей микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа, а также с использованием расчета в программе Thermo-Calc по методике, описанной в (Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов. - М.: МИСиС, 2007, 284 с.). Механические свойства на разрыв определяли по ГОСТ 1497-84 на цилиндрических образцах, вырезанных из отливок.

Из табл. 1 видно, что только в составах 2-4 не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, что обеспечивает наилучшие сочетание временного сопротивления и относительного удлинения. В сплаве 1 механические свойства, особенно пластичность, меньше требуемого уровня, что связано с наличие иглообразных включений фазы Al5FeSi. Сплав 5 также имеет пониженные механические свойства, что связано с наличием крупных первичных кристаллов фазы Al15(Fe,Mn)3Si2. Сплав 6 (прототип) обладает значительным разбросом механических свойств, поскольку в нем низкая концентрация стронция и, как следствие, недостаточная степень модифицирования эвтектики после переплава.

1доля железа, входящего в состав алюминиево-кремниевой эвтектики; 2временное сопротивление на разрыв; 3относительное удлинение. Верхнее число отвечает максимальному значению, а нижнее – минимальному.

ПРИМЕР 2.

Из сплава состава 3 (табл. 1) в промышленных условиях были отлиты отливки диска автомобильного колеса. Структурный анализ показал, что более 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2.

Механические свойства на разрыв определяли на цилиндрических образцах, выточенных из различных мест отливок. Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что заявляемый сплав в промышленной отливке обеспечивает заданное сочетание временного сопротивления и относительного удлинения.

Похожие патенты RU2659514C1

название год авторы номер документа
ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2009
  • Белов Николай Александрович
  • Савченко Сергей Вячеславович
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Новичков Сергей Борисович
  • Строганов Александр Георгиевич
  • Цыденов Андрей Геннадьевич
RU2415193C1
ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ-(ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫЙ ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СИЛУМИН) 2010
  • Белов Николай Александрович
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Алабин Александр Николаевич
  • Савченко Сергей Вячеславович
  • Новичков Сергей Борисович
  • Строганов Александр Георгиевич
  • Цыденов Андрей Геннадьевич
RU2441091C2
ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 2011
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Белов Николай Александрович
  • Колтыгин Андрей Вадимович
  • Петровский Павел Владимирович
  • Павлинич Сергей Петрович
  • Аликин Павел Владимирович
  • Никифоров Павел Николаевич
  • Бакерин Сергей Васильевич
RU2485199C1
ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 2008
  • Белов Николай Александрович
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Молодцов Александр Сергеевич
  • Белов Федор Полиектович
  • Волоскова Надежда Федоровна
  • Козлова Марина Юрьевна
RU2405852C2
Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава 2019
  • Чернышов Евгений Александрович
  • Романов Алексей Дмитриевич
  • Романова Елена Анатольевна
  • Романов Иван Дмитриевич
RU2700342C1
Высокопрочный литейный алюминиевый сплав 2020
  • Акопян Торгом Кароевич
  • Белов Николай Александрович
  • Летягин Николай Владимирович
RU2754418C1
Литейный алюминиево-кальциевый сплав 2017
  • Белов Николай Александрович
  • Наумова Евгения Александровна
  • Дорошенко Виталий Владимирович
RU2660492C1
ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 2019
  • Манн Виктор Христьянович
  • Алабин Александр Николаевич
  • Фролов Антон Валерьевич
  • Гусев Александр Олегович
  • Крохин Александр Юрьевич
  • Белов Николай Александрович
RU2708729C1
Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья 2020
  • Летягин Николай Владимирович
  • Акопян Торгом Кароевич
  • Белов Николай Александрович
RU2741874C1
СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ОТЛИВКА, ПОЛУЧЕННАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО СПОСОБА 2007
  • Белов Николай Александрович
  • Савченко Сергей Вячеславович
  • Хван Александра Вячеславовна
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Плаксин Александр Александрович
  • Новичков Сергей Борисович
  • Строганов Александр Георгиевич
  • Цыденов Андрей Геннадьевич
RU2334804C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 659 514 C1

Реферат патента 2018 года ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫЙ СПЛАВ

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением. Литейный алюминиево-кремниевый сплав содержит, мас. %: кремний 10,5-11,5, стронций 0,02-0,08, магний 0,05-0,15, марганец 0,3-0,5, железо 0,3-0,5, алюминий и примеси – остальное, и имеет структуру, состоящую из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора и модифицированной алюминиево-кремниевой эвтектики, в состав которой входит стронцийсодержащая фаза, при этом не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2. Изобретение направлено на создание нового экономнолегированного силумина, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и обладающего высокими и стабильными механическими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 659 514 C1

1. Литейный алюминиево-кремниевый сплав, содержащий кремний, магний и стронций и имеющий структуру, состоящую из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора и модифицированной алюминиево-кремниевой эвтектики, в состав которой входит стронцийсодержащая фаза, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец и железо при следующем содержании компонентов, мас. %:

кремний 10,5-11,5 стронций 0,02-0,08 магний 0,05-0,15 марганец 0,3-0,5

железо 0,3-0,5

алюминий и примеси остальное

при этом не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2.

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде отливок, предназначенных для изготовления дисков автомобильных колес.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он обладает следующими свойствами на растяжение, включающими временное сопротивление (σв) не менее 150 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 5%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2659514C1

CN 104674078 B, 28.07.2017
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФРУКТОВОЙ ПАСТИЛЫ 2021
  • Исригова Татьяна Александровна
  • Салманов Мусашейх Мажитович
  • Ганакаев Адильхан Ярашович
  • Исригова Виктория Салмановна
  • Таибова Динара Седрединович
  • Санникова Елена Вячеславовна
  • Исригов Самад Салманович
  • Шервец Анна Викторовна
  • Курбанов Хизри Тамирланович
RU2776208C1
ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2014
  • Богданова Татьяна Александровна
  • Куклин Сергей Иванович
  • Куклин Евгений Иванович
  • Мельников Сергей Васильевич
  • Чеглаков Александр Викторович
  • Дресвянский Игорь Юрьевич
  • Довженко Николай Николаевич
  • Гильманшина Татьяна Ренатовна
  • Меркулова Галина Александровна
  • Баранов Владимир Николаевич
  • Падалка Виктор Андреевич
  • Богданов Александр Юрьевич
RU2576707C2
Устройство для управления процессом реализации продукции 1977
  • Полисский Юрий Давидович
  • Цингауз Владимир Хаимович
  • Чередниченко Николай Алексеевич
  • Любынский Евгений Александрович
  • Веретенников Эдуард Сергеевич
SU717784A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФАСОННЫХ ОТЛИВОК АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2008
  • Окладникова Нина Васильевна
  • Перебоева Августа Алексеевна
  • Клейменов Юрий Андреевич
  • Ровенский Геннадий Владимирович
  • Пашкевич Алексей Владимирович
  • Вершинин Валерий Васильевич
  • Дроздова Татьяна Николаевна
RU2385783C1

RU 2 659 514 C1

Авторы

Фролов Антон Валерьевич

Алабин Александр Николаевич

Гусев Александр Олегович

Белов Николай Александрович

Даты

2018-07-02Публикация

2017-08-17Подача