Сплав на основе алюминия

Сплав на основе алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1792997 А1 (5!)5 С 22 С 21/04

НОЕ ПАТЕНТНОЕ

ССР

СР) С

АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 ной вы изг нег вок

Известен сплав на основе алюминия

АК1 М2М Н (АЛ25) при следующем соотноше ии компонентов, мас.%:

;Кремний 11,0-13,0 ,Медь 1,5-3,0

Магний 0.8-1,3

Никель 0,8-1.3 ,Марганец 0,3-0,6

Гитан 0,05 — 0,2

Хром до 0,2 елезо < 0,8 (люминий

Остальное

Сплав АК12М2М Н(АЛ25) относится к лит йным сплавам и его основным недостатком является низкая пластичность, позтом как деформируемый данный сплав исп льзоваться практически не может. (21 (22 (46) (71 на (72

IO. на, (56 (54 (57 дет

КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4857092/02

02,07.90

07. 02,93. Бюл. М 5

Ступинский металлургический комбиВ.М.Каковин, Н.Д.Исаев, Л.М.Кофман, .Волков, Е.В.Никонов, С.П.МоподчиниВ.С.Шипилов и Г.В.Ковалев

ТУ 1-809-647-84. Сплав Ак12Д.

СПЛАВ НА ОСНОВE АЛIQMI НИЛ

Сплав предназначен для изготовления лей двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области цветметаллургии, в частности, к алюминиесплавам, применяемым для товления деталей двигателей внутренсгорания, например, поршней и голоцилиндров.

Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: кремний 9,0-12,5; магний 0,8-1,3, марганец 0.3-0,6; медь 1,5-3,0; никель 0,81,3; титан 0,05-0,2; бор 0,005-0,05; стронций 0,005 — 0,1; алюминий остальное, причем сумма марганца, железа и нйкеля должна быть не более 2,1%. Свойства сплава следующие: оЬ = 34,0 — 36,7 кг/мм, oo,2 = 28,0-33,3 кгсlмм; д = 3,6-4%. Количество термоциклов до появления трещин = 4758 — 6351, время до появления трещин 136,6-182,0. 2 табл,.

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

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому 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 11,0- 13,0

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 (по расчету)

Железо до 0,7

Цинк до 0,5

Олово до 0,02

Свинец до 0,1

Хром до 0,2

Алюминий Остальное

1792997

Существенным недостатком сплава

АК12Д является образование первичных интерметаллидов в заготовках, отливаемых непрерывным методом, особенно при содержании кремния, никеля и железа на вер- 5 хнем пределе, снижающих пластичность

Сплава, в результате чего снижается термоциклическая стойкость деталей, определяемая временем работы детали до появления трещин, 10

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

Кроме то о, изделия,изготовленнь1е из сплава АК12Д согласно ТУ 1-801-351-84 дол- . жны иметь следующий уровень механиче- 20

СКИХ СВОЙСТВ:

Предел прочности, кгс/мм 30-32 г

Предел текучести, кгс/мм 25-36 г

Удлинение, % 0,8-2

Твердость НВ, кгс/мм 107 25

Однако не только низкий уровень механических GBoAGTB, lo и структура, ввиду наличия интерметаллидов и свободных крйсталлов кремния приводит к снижени|о износостойкости штампованных изделий, 30 например, поршней двигателей внутренне-. го сгорания.

Целью предполагаемого изобретения является повышение механических свойств и термоциклической стойкости, 35

Поставленная цель достигается тем, что сплав на основе ал оминия, содер>кащий кремний, магний, марганец, никель; титан и бор, дополнительно содержит стронций при следующем соотношении компонентов, 40 мас.%:

Кремний 9,0-12,5

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 55

Алюминий Остальное

В литейных сплавах с содер>канием кремния больше 12% избыточное количество сохраняется в виде первичного кремния и часто с далеко неравномерным расположением с силуминовой матрице. Для повышения износостойкости деталей, работа:ощих в условиях повышенных температур, необходимо добиваться более высокой дисперсности и равномерного распределения кремния в более пластичной матрице. Измельчение кристаллов кремния повышает прочность сплавов, пластичность и теплопроводность.

Верхний предел содер>кания кремния

12,5% обуславливается тем, что в сплаве при большем его содержании весь избыточный кремний сохраняется в виде первичного 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. ограничеHHblL" 0,05% позволяетдостичь высокой степени модифицирования структурных составляющих при литье слитков. Содержание бора в сплаве более 0,05% существенного эффекта не дает вследствие появления избыточных частиц боридов больших размеров.

Содер>кание 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 выделя ощиеся интерметаллидные фазы измельчаются и приобретают сфероидальную форму, при этом более равномерно распределяются в пластичной матрице, Введение стронция в количестве 0,005—

0,1% способствует эффективному измельчению и модификации интерметаллидных фаэ и нерастворимых соединений типа Al - ГеSl, Al Fe - Mn u Al- Fe Mn - Si. Содер>кание 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.

Содер>кание стронция более 0;1% резко снижает эффективность его влияния на измельчение интерметаллидных фаз, что не

1792997 ша сос там тем лиг вал чив отл рер лит ид может способствовать достижению цели изобретения.

Кроме того, введением стронция обьясняе ся и возможность снижения нижнего предела кремния в сравнении с прототипом до 9% эа счет облагораживания структуры, .При этом механические свойства предлаг емого сплава выше, чем у прототипа, Регламентация содержания суммы компон ентов Мп, Fe u Ni объясняется тем, что уве ичение суммы этих компонентов больше 2,1% приводит к образованию первичны грубых интерметаллидных фаз, что пр водит к снижению механических сво ств и особенно пластичности сплава.

Пример. Сплавы с различным содержа ием компонентов готовили в электрическо тигельной печи емкостью 100 кг. В кач стве шихты использовали силумин чушков и марки СИЛ1, медт катодную марки

МО никель катодный марки Н1, кремний кри таллический, магний чушковый марки

МГ О,лигатуры алюминий-марганец,алюми ий — титан, отходы сплава АК12Д, Стр нций вводили с лигатурой A¹, содержа ей 5% стронция, Температура расплава в печи не превыи 765 С. После доведения химического ава до расчетного по всем компоненкроме стронция, расплав нагревался до ературы 750-760 С, просиживалась тура А- по расчету, расплав рафинироя криалитосодержащим флюсом, вытался в течение 30 мин и производилась вка слитка диаметром 165 мм полунепвным методом по режиму: скорость я — 90 мм/мин, температура -725-735 С влениегл воды — 0,4-0,5 атм.

Формула изобретения плав на основе алюминия, содержащи кремний, магний, марганец, медь, никел, титан и бор, отличающийся тем, что, с целью повышения механических сво ств и термоциклической стойкости, ан доп лнительно содержит стронций при следую iем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 9,0 — 12.5

Магний 0,8-1,3

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

5 Далее из слитков были отпрессованы прутки г- 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

10 штамповки шифра ДРЦ-48 (заготовки для поршня черт. М 21011-1004015 СМ К) на гидропрессе усилием 1500 тс и термообработаны по режиму: закалка, температура 495 С, выдержка 60 мин, охлаждение в воде, старе15 ние, температура 190+ o, выдержке 6 ч, охлаждение на воздухе.

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

20 Образцы вырезали иэ зоны юбки поршня.

После механической обработки проводили сравнительные испытания готовых поршней на специально созданном термоциклическом стенде при нагреве и интен-25 сивном охлаждении. Испытания проводили до появления первой трещины.

Результаты проведенных испытаний представлены в табл. 2.

Технико-экономические преимущества

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

35 стойкость в 2,5 — 3 раза, а мелкодисперсная однородная структура повышает долговечность иэделий, работающих в условиях вы-. соких температур и энакопеременных нагрузок.

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

Алюминий Остальное, причем сумма марганца, железа и никеля должна быть не более 2,1%, 1792997

Твблицв 1

Твблицв 2

Составитель В.Коковин

Редактор С.Кулакова Техред M.Моргентал Корректор, С.Лисина

Заказ 483 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101