Литейный сплав на основе алюминия Советский патент 1990 года по МПК C22C21/14 

Изобретение относится к цветной металлургии, литейных сплавов на основе алюминия, используемых для изготовления деталей, работающих -при высоких температурах, и поршней двигателей внутреннего сгорания.

Известен литейный сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%:..

„Кремний 11,0-13,0 Медь 0,8-1,5

Никель 0,8-1,3

Магний 0,8-1,3

Алюминий Основа

Примеси не более:

Железо 0,7 ,

СО 4

Цинк0,2

: Марганец. 0,2

оо

Титан0,01 Механические свойства сплава еле дующие.

Предел прочности, кгс/см при температуре:

I 20 С20-25

150 С18-23

250 С10-15

Твердость(НВ) при:

20 С90-110 ,

150 С70-90

250 С35-40 КоэфЛициент термического расширения (20-200°С).- 10 -град -20,5 21.5. Увеличение мощности двигателей внутреннего сгорания приводит к бы , рому износу и выходу из строя порш ней, изготовленных из сплава приведенного состава. Причиной являет низкая жаростойкость сплава, сниже jние твердости при повьшенных (100 20efC) температурах, кроме того сплав обладает низкой коррозионной стойкостью. Наиболее близким к предложенном .сплаву по технической сущности и д тигаемому результату является известный литейный сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%: Кремний 10-12 Медь 0,8-1,8 Никель 0,8-1,3 Магний 0,8-1,3 Марганец 0,2-0,6 Цирконий 0,02-0,2 , Железо 0,4-0,9 Титан 0,05-0,4 . 11инк 0,21-09 Ванадий 0,02-0,2 .. Алюминий Остальное. Однако известный сплав обладает ;недостаточно низким козффи1щентом 1 термического расширения и ,недостаточно высокими механическими свойс вами при комнатной и повышенных те ,пературах. Целью изобретения является сниж ние кoэффициeнta термического расп .1 рения и повышение механических свойств при комнатной и повышенных температурах. Для достижения поставленной цел литейный сплав на основе алюминия содержаБщй кремний, медь, никель, магний, марганец, цирконий, железо титан, цинк и ванадий, дополнитель содержит хром и молибден при следу щем соотношении компонентов, мас.% Кремний 10-13 Медь 0,8-1,8 Никель 0,8-1,3 Магний 0,8-1,3 Марганец 0,01-0,6 Цирконий 0,02-0,2 Железо , 0,4-0,9 Титан 0,05-0,4 Цинк 0,1-0,9 Хром 0,02-0,4 Ванадий 0,02-0,2 Молибден 0,01-0,15 Алюмини Остальное. Добавка молибдена в сплав приво-, дит к измельчению зерна, что повы- V шает твердость, прочность и относительное удлинение. Увеличение содержания молибдена более 0,15% приводит к образованию крупных интерметаллидов, что ухудшает обрабатываемость сплава. Уменьшение содержания молибдена мейее 0,01% уменьшает модифицирующий эффект, т.е. улучш ния механических свойств не наблюдается . Введение хрома в сплав улучшает литейные свойства - снижает склонность отливок к образовании; трещин. Незначительное количество хрома в сплаве 0,02-0,4% обеспечивает увеличение на 10-20% прочно.сти и твердости, сплава при одновременном сохранении значений относительно удлинения и ударной вязкости. Хром в количестве 0,02-0,4% обеспечивает уменьшение коэффициента термического расширения. Увеличение.твердости и прочности сплава при введении хрома обусловлено образованием тройной фазы fa- При содержании хрома менее 0,02% механические свойства не улучшаются, так как такого содержания недостаточно для образования тройной фазы и хром находится в твердом растворе. Максимальное содержание хрома в сплаве (0,4%) определено эвтектической точкой в системе А1-Сг при температуре 661,2 С. При увеличении содержания хрома более 0,4% образуется твердая фаза CrAly, что ухудшает линейные свойства сплава. При уменьшении содержания кремния в сплаве менее 10% резко снижается твердость и возрастает линейное расширение, увеличение содержания кремний более 13% приводит к вьщелению избыточной фазы кремния, что ухудшает условия-механической обработки изделий из этого сплава. Медь введена в сплав для повьштения жаропрочности. При содержании меди менее 0,8% улучшения механических свойств на наблюдается, увеличение содержания меди в сплаве более 1,8% снижает коррозионную стойкость сплава.. Никель увеличивает предел прочности эвтектического сплава. Снижение содержания никеля менее 0,8% не улучшает механической прочности, а увеличение свыше 1,3% приводит к переходу дефицитного металла без улучшения прочностных свойств,.У

Магний в эвтектическом сплаще в пределах 0,8-1,3%упрочняет его за счет выделения магнийсодержащих фаз типа . При уменьшении магния в сплаве упрочняющая фаза не вьщеляется, механические свойства отливок не улучшаются, увеличение содержания магния приводит к охрупчиванию сплавд

Марганец в сплаве улучшает стру.ктуру, повышает жаростойкость. Уменьфение содержания марганца в сплаве менее 0,01% положительного влияния не оказывает, увеличение содержания марганца более 0,6% приводит к образованию интерметаллидных фаз (Мп, Fe) Si, что снижает механические свойства сплава.

Цирконий измельчает структуру сплава, улучшает механические и антикоррозионные свойства. Уменьшение содержания циркония менее 0,02% не увеличивает коррозионной стойкости сплава, увеличение свыше 0,2% приводит к перемодифицировашш,то отрицательно сказывается на прочностные свойства отливок. Железо в Сплаве оказывает воздейсг твие аналогично никелю и частично заменяет егоj однако увеличение его содержания более чем на 0,9%, ухудшает литейные свойства сплава, снижение содержания железаменее 0,4% уменьшает жаростойкость.

. Титан оказывает сильное модифицирующее влияние на структуру сплава особенно Ь паре с цирконием. Титан, повышает механические свойства сплава, увеличивает жаропрочность. Мини- . мальное содержание титана 0,05%, меньшем содержании эффекта модифицирования не наблюдается, увеличение содержания титана более 0,4% приводит к ухудшению механических свойств отливок.

Введеше в сплав цинка вызвано

необходимостью улучшения литейных сплавов, кроме того цинк стабили- .. зирует твердый раствор элементов в алюминии, что улучшает механические свойства сплава. Повышение содержания цинка в сплаве более 0,9% выдыва т ликвидацию, что снижает жаростойкость сплава, снижение концентрации цинка менее 0,10% положительного влияния на свойства сплава не

оказывает.

Ванадий введен в сплав в количестве 0,02-0,2%, что обеспечивает улучшение механических и литейных свойств сплава.

Для опробования предложенного сплава были приготовлены композиции, химический состав которых приведен

в табл.1.

I . . . . . . ,

Испытание опробованных ко1шозиций предложенного сплава бы:ли проведены на отлитых в кокиль, образцах. Результаты испытаний предложенного сплава в сопоставлении с известным приведены в табл.2.

.

Таким образом, как видно из табл.2, предел прочности сплава возрос до 30 кгс/мм, коэффициент.термического расширения снизился До .0 град- или на 5/8%, твердость сплава возросла на 10%.

Таблица 1

ЛИТЕЙННЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий кремний, медь, . никель, магний, марганец, цирконий, железо, титан, цинк и ванадий,о-тличающий ся тем, что, с целью снижения коэффициента термического расширения и повышения механических свойств при комнатной и повышенных температурах, он дополнительно содержит хром и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%: 10-13 Кремний 0,8-1,8 Медь 0,3-1,3 Никель 0,8-1,3 Магний 0,01-0,6 Марганец 0,02-0,2 Цирконий 0,4-0,9 Железо 0,05-0,4 Титан 0,1-0,9 Цинк с 9 0,02-0,4 Хром 0,02-0,2 Ванадий (Л 0,01-0,15 Молибден Остальное. Алюминий