Сплав на основе алюминия Советский патент 1993 года по МПК C22C21/04 

Изобретение относится к области цвет- металлургии, в частности, к алюминие- 1 сплавам, применяемым для изготовления деталей двигателей внутрен- ) сгорания, например, поршней и голоновы

не

вок цилиндров.

Известен сплав на основе алюминия АК12М2М Н (АЛ25) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний11,0-13,0

)Медь

1,5-3,0

|Магний0.8-1,3 ,Никель 0,8-1.3 Марганец 0,3-0,6 Титан 0,05-0,2 Хром.до 0,2 |Железо 0,8 Алюминий Остальное Сплав АК12М2М Н(АЛ25) относится к литейным сплавам и его .основным недостатком является низкая пластичность, поэтому как деформируемый данный сплав использоваться практически не может.

Недостатком сплав является также низкий уровень механических свойств, поскольку предел прочности составляет 22 кгс/мм , а относительное удлинение 0,5%.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и до- стигаемому результату является сплав АК12Д, содержащий кремний, магний, марганец, медь, никель и титан. Кроме того, он содержит бор, а вся композиция имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Кремний

Магний

Марганец

Медь

Никель

Титан

Бор

Железо

Цинк

Олово

Свинец

Хром

Алюминий

11,0- 13,0 0,8-1,3 0.3-0,6 1.5-3,0 0,8- 1,3 0,05-0,2

0,005 (по расчету) до 0,7 до 0,5 . до 0,02 до 0.1 до 0,2 Остальное

со

С

VI

Ю hO Ю Ю

VI

Существенным недостатком сплава АК12Д является образование первичных интерметалл йдов в заготовках, отливаемых непрерывным методом, особенно при содержании кремния, никеля и железа на верхнем пределе, снижающих пластичность сплава, в результате чего снижается термоциклическая стойкость деталей, определяемая временем работы детали до появления трещин.

При содержании кремния больше 12% избыточное его количество сохраняется в виде первичного кремния, который совместно с первичными интерм еталлидами оказывает отрицательное воздействие на детали при механической обработке и в процессе эксплуатации.

Кроме того, изделия,изготовленные из сплава АК12Д согласноТУ 1-801-351-84 должны иметь следующий уровень механических свойств:о

Предел прочности, кгс/мм30-32 Предел текучести, кгс/мм 25-36 Удлинение, % 0,8-2 Твердость НВ, кгй/мм2 107 Однако не только низкий уровень механических свойств, но и структура, ввиду наличия интерметаллидов и свободных к рйст аллбв кремн ия приводит к снижению износостойкости штампованных изделий, например, поршней двигателей внутреннего сгорания. :

Целью предполагаемого изобретения является повышение механических свойств и термоциклической стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, марганец, никель, титан и бор, дополнительно содержит стронций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний9,0-12,5 Магний 0,8-1,3 Марганец 0,3-0,6 Медь . 1,5-3,0 Никель 0,8-1,3 Титан 0,05-0,2 Бор 0,005-0,05 Стронций 0,005-0,1 Примеси (не более) Железо 0,7 Цинк 0,5 Хром 0,2 Олово 0,02 Свинец 0,1 Алюминий Остальное В литейных сплавах с содержанием кремния больше 12% избыточное количество сохраняется в виде первичного кремния и часто с далеко неравномерным расположением с силуминовой матрице. Для повышения износостойкости деталей, работающих в условиях повышенных температур, необходимо добиваться более высокой дисперенести и равномерного распределения кремния в более пластичной матрице. Измельчение кристаллов кремния повышает прочность сплавов, пластичность и теплопроводность.

Верхний предел содержания кремния 12,5% обуславливается тем, что в сплаве при большем его содержании весь избыточный кремний сохраняется в виде первично- то кремния с неравномерным

расположением в силуминовой матрице и представляет собой хрупкие, твердые, большого размера включения первичного кремния, которые выкрашиваются при механической обработке изделий и снижают их износостойкость.

При. содержании кремния меньше 9% резко уменьшается количество электрической фазы, что приводит к снижению прочностных свойств и твердости, в результате

чего ухудшается обрабатываемость резанием и износостойкость изделий.

Верхний предел содержания бора, ограниченный 0,05% позволяет достичь высокой

степени модифицирования структурных составляющихяри литье слитков. Содержание бора в сплаве более 0,05% существенного эффекта не дает вследствие появления избыточных частиц боридов больших размеров.: .-..

Содержание бора меньше 0,005% не -обеспечивает необходимую степень модифицирования структуры, так как образуется малое количество зародышей для кристаллизации.

Экспериментально установлено, что в присутствии небольших добавок стронция выделяющиеся интерметаллидные фазы измельчаются и приобретают сфероидальную форму, при этом более равномерно распределаются в пластичной матрице.

Введение стронция в количестве 0,005- 0,1% способствует эффективному измельчению и модификации интерметаллидных фаз и нерастворимых соединений типа AI - Fe Si, AI - Fe - Mn и Al - Fe - Mn - Si. Содержание Стронция меньше 0,005% не обеспечивает получение достаточно дисперсионных интерметаллидных фаз, что снижает пластичность, которая является критерием термоциклической стойкости, определяемой . временем до появления трещин на изделиях при эксплуатации.

Содержание стронция более 0-.1 % резко снижает эффективность его влияния на измельчение интерметаллидных фаз, что не

может способствовать достижению цели изобретения,

кроме того.введением стронция объясняется и возможность снижения нижнего предела кремния в сравнении с прототипом до Ј(% за счет облагораживания структуры,

при этом механические свойства предлагаемого сплава выше, чем у прототипа.

Регламентация содержания суммы компонентов Mn, Fe и Ni объясняется тем, что увеличение суммы этих компонентов больше 2,1% приводит к образованию первичны грубых интерметаллидных фаз, что прь водит к снижению механических

с во

4ств и особенно пластичности сплава.

Пример. Сплавы с различным содержанием компонентов готовили в электрическом тигельной печи емкостью 100 кг. В качестве шихты использовали силумин чуш- ков мй марки СИЛ1, медт катодную марки никель катодный марки Н1, кремний

ггаллический, магний чушковый марки 0, лигатуры алюминий - марганец, алюМОкри

мг:

- титан, отходы сплава АК12Д, Стрэнций вводили с лигатурой , содержащей 5% стронция.

Температура расплава в печи не превышали 765°С. После доведения химического состава до расчетного по всем компонентам кроме стронция, расплав нагревался до темтературы 750-760°С, просиживалась лип тура А- по расчету, расплав рафинировался криалитосодержащим флюсом, выта- чивг лея в течение 30 мин и производилась отливка слитка диаметром 165 мм полунепрерывным методом по режиму: скорость лить я - 90 мм/мин, температура - 725-735°С

ИД

влением воды - 0,4-0,5 атм.

Всего было приготовлено.семь сплавов, химический состав которых приведен в табл. 1. Для сравнения отливали известный сплаб АК12Д среднего химического состава.

Далее из слитков были отпрессованы прутки 85 мм. Температура контейнера 420-440°С, скорость прессования 1,4 м/мин, а затем разрезали их на заготовки длиной 70 мм, из которых были изготовлены

штамповки шифра ДРЦ-48 (заготовки для поршня черт. №21011-1004015 СМК) на гидропрессе усилием 1500 тс и термообработа- ны по режиму: закалка, температура 495°С. выдержка 60 мин, охлаждение в воде, старение, температура 190+1°,. выдержке 6 ч, охлаждение на воздухе.

Далее испытывали механические свойства образцов поршневых заготовок предлагаемого, опытных и известных сплавов.

Образцы вырезали из зоны юбки поршня.

После механической обработки проводили сравнительные испытания готовых поршней на специально созданном термоциклическом стенде при нагреве и интенсивном охлаждении. Испытания проводили до появления первой трещины. ... Результаты проведенных испытаний представлены в табл. 2.

Технико-экономические преимущества

предлагаемого .сплава в сравнении с прототипом обусловлены тем, что поршни изготовленные из предлагаемого сплава обладают большей прочностью и пластичностью, повышающей термоциклическую

стойкость в 2,5-3 раза, а мелкодисперсная однородная структура повышает долговечность изделий, работающих в условиях высоких температур и знакопеременных нагрузок.

щи и кель что, свое доп

дую цем соотношении компонентов, мас.%: ремний9,0-12,5 Магний 0,8-1,3

Формула изобретения Сплав на основе алюминия, содержакремний, магний, марганец, медь, ни- , титан и бор, отличающийся тем,

с целью повышения механических ств и термоциклической стойкости, он лнительно содержит стронций при сле

0,3-0,6

1,5-3,0 .

0.8-1.3

0,05-0,2

0,005-0,05

0,005-0,1

Остальное,

причем сумма марганца, железа и никеля должна быть не более 2,1%.

Таблица 1

Таблица 2