Сплав на основе алюминия и изделия из него
Патент 2327756
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Сплав на основе алюминия и изделия из него
Иллюстрации
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия системы алюминий-магний-кремний, применяемых для изготовления изделий на линиях скоростного резания, а также изделий, предназначенных для последующей механической обработки. Сплав и изделие из него содержат следующие компоненты, мас.%: магний 0,6-1,2, кремний 0,6-1,2, марганец 0,3-1,0, железо 0,1-0,5, медь 0,05-1,0, титан 0,005-0,05, по крайней мере один элемент из группы: олово 0,6-1,0, висмут 0,2-0,8, по крайней мере один элемент из группы: галлий 0,001-0,05, кальций 0,001-0,05, по крайней мере один элемент из группы: бор 0,0005-0,005, углерод 0,0001-0,005, алюминий остальное. Получают сплав и изделие из него, не содержащие в своем составе свинец, обладающие улучшенной способностью к механической обработке, высокой стойкостью к коррозии и повышенной прочностью. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Реферат
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия системы алюминий-магний-кремний, применяемых для изготовления изделий на линиях скоростного резания, изделий, предназначенных для последующей механической обработки.
Известен сплав на основе алюминия, следующего состава, мас.%:
| Меди | около 0,15-1,0 |
| Олова | около 0,4-1,5 |
| Магния | около 0,65-1,35 |
| Кремния | около 0,4-1,1 |
| Марганца | около 0,002-0,35 |
| Железа | до 0,5 |
| Хрома | до 0,15 |
| Титана | до 0,15 |
| Алюминий | остальное |
(патент №2126848 RU, C22C 21/00, C22F 1/04, 1999).
Недостатками указанного сплава являются недостаточная прочность на разрыв, недостаточная обрабатываемость резанием и качество поверхности после обработки по сравнению со сплавами, легированными свинцом.
Эти недостатки обуславливаются низким содержанием марганца, отсутствием в сплаве модифицирующих элементов, что приводит к укрупнению зерна на стадии литья и последующей обработке давлением.
Наиболее близким по химическому составу и назначению к заявляемому сплаву на основе алюминия является легкообрабатываемый алюминиевый сплав серии АА6000, в частности АА6061, АА6070, АА6082, включающий один висмут или висмут и олово вместе, где висмут используется в пределах 0,1-3,0 вес.% и олово в пределах 0,1-1,5 вес.% (патент ЕР 1214456, С22С 21/00, 21/04, 21/08, 21/12, 28.12.2005).
Недостатками указанного сплава, принятого за прототип, является недостаточная обрабатываемость резанием и невысокое качество поверхности после обработки по сравнению со сплавами, легированными свинцом.
К причинам, обуславливающим возникновение указанных недостатков, относится отсутствие в сплавах серии АА6000 модифицирующих элементов, что приводит к росту зерна на стадиях литья и последующей обработки давлением, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на обрабатываемости сплава резанием.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение сплава на основе алюминия, не содержащего в своем составе свинец, с превосходной способностью к механической обработке, высокой стойкостью к коррозии и повышенной прочностью.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:
- повышение характеристик сплава при обработке резанием;
- снижение производственных затрат за счет ускорения резанием;
- снижение загрязнения окружающей среды.
Все вышеперечисленное позволит использовать предлагаемый сплав для изготовления полуфабрикатов и изделий из них, применяемых в машиностроении, автомобилестроении, при изготовлении различных сборных систем, пресс-форм и т.п.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагается сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, железо, медь, титан и, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей олово и висмут, который дополнительно содержит, по крайней мере, один элемент из группы галлий и кальций и по крайней мере один элемент из группы бор и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| магний | 0,6-1,2 |
| кремний | 0,6-1,2 |
| марганец | 0,3 -1,0 |
| железо | 0,1-0,5 |
| медь | 0,05-1,0 |
| титан | 0,005-0,05 |
по крайней мере, один элемент из группы:
| олово | 0,6-1,0 |
| висмут | 0,2-0,8 |
по крайней мере, один элемент из группы:
| галлий | 0,001-0,05 |
| кальций | 0,001-0,05 |
по крайней мере, один элемент из группы:
| бор | 0,0005-0,005 |
| углерод | 0,0001-0,005 |
| алюминий | остальное. |
Сплав на основе алюминия, используемый для изготовления полуфабрикатов и изделий, отличается от известного сплава, принятого за прототип, тем, что он не содержит хром, дополнительно содержит, по крайней мере, один элемент из группы галлий и кальций и, по крайней мере, один элемент из группы бор и углерод.
Более высокое содержание марганца в предлагаемом сплаве позволяет повысить прочностные свойства изделий из указанного сплава.
Введение в сплав галлия и/или кальция, являющихся модификаторами зерна I рода, и бора и/или углерода, которые в сочетании с титаном являются модификаторами зерна II рода, позволяет уменьшить размер зерна, что ведет к повышению качества обрабатываемой поверхности, повышению скоростей резания без ухудшения качества поверхности.
Так как сплав не содержит в своем составе хром и свинец, это позволяет уменьшить вредное воздействие на промышленный персонал во время изготовления изделий и значительно снизить вредное влияние сплава на окружающую среду в процессе утилизации изделий из данного сплава.
Из предлагаемого сплава на основе алюминия могут быть получены прессованные изделия, такие как прутки, профили, трубы.
В предлагаемом изделии, выполненном из сплава на основе алюминия, используемого для изготовления полуфабрикатов, технический результат достигается тем, что в качестве материала заготовки используется сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 0,6-1,2; кремний 0,6-1,2; марганец 0,3-1,0; железо 0,1-0,5; медь 0,05-1,0; титан 0,005-0,05; по крайней мере, один элемент из группы: олово 0,6-1,0, висмут 0,2-0,8; по крайней мере, один элемент из группы: галлий 0,001-0,05, кальций 0,001-0,05; по крайней мере, один элемент из группы: бор 0,0005-0,005, углерод 0,0001-0,005; алюминий остальное.
Пример выполнения.
Из слитков сплавов, химический состав которых приведен в таблице 1, были изготовлены следующие полуфабрикаты:
- квадрат 50×50 мм, длиной 6000 мм;
- прутки ⊘55 мм, ⊘41,5 мм, ⊘40 мм, длиной 6000 мм;
- профиль НП 74-574, длиной 5000 мм;
- профиль ПК 801-72 длиной 6000 мм.
Химический состав сплавов приведен в таблице 1. Полуфабрикаты подвергли термической обработке по подобранным опытным путем режимам. Механические свойства сплавов, полученные в результате испытаний, приведены в таблице 2.
| Таблица 1Химический состав сплавов | |||||||||||
| Сплав | Содержание элементов, % | ||||||||||
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Ti | Bi | Sn | Ga | Ca | В | |
| Аналог (по патенту 2126848 RU) | 0,6-0,7 | 0,1-0,2 | 0,8-0,9 | 0,01 | 0,8-0,9 | 0,01 | <0,01 | 1,3 | - | - | - |
| Прототип (по патенту ЕР 1214456) | 0,8-0,9 | 0,1 | 0,26-0,32 | 0,4 | 0,8 | 0,01-0,02 | 0,4 | 0,8-1,04 | - | - | - |
| Предлагаемый | 0,8 | 0,1 | 0,05 | 0,4-0,5 | 0,8-0,9 | 0,01 | 0,4 | 0,7-0,9 | 0,007 | 0,002 | 0,001 |
| Таблица 2Механические свойства сплавов | ||||
| Сплав, состояние | Вид полуфабриката | Механические свойства | ||
| σв, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | ||
| Прототип | 50×50 | 325-329 | 257-259 | 16,5-17,0 |
| ⊘55 | 319-320 | 251 | 18,0-19,0 | |
| ⊘41,5 | 364-371 | 333-342 | 12,0 | |
| ⊘40,0* | 294 | 250 | 13,5 | |
| НП74-574 | 291-301 | 229-241 | 16,5-18,0 | |
| ПК801-72 | 299-307 | 249-257 | 16,5-17,0 | |
| Аналог | 50×50 | 250-338 | 233-313 | 12,5-17,0 |
| ⊘55 | 321-326 | 293-295 | 12,0-13,0 | |
| ⊘41,5 | 305-308 | 238-241 | 16,0 | |
| ⊘40,0* | 355 | 323 | 10,5 | |
| НП74-574 | 348-351 | 315-318 | 14,0-14,5 | |
| ПК801-72 | 342-343 | 316-321 | 12,0-13,0 | |
| Предлагаемый | 50×50 | 322-372 | 295-341 | 11,0-13,0 |
| ⊘55 | 362-372 | 331-341 | 11,5-13,0 | |
| ⊘41,5 | 384-386 | 344-346 | 11,0-13,0 | |
| ⊘40,0* | 380 | 353 | 11,0 | |
| НП74-574 | 364-368 | 322-328 | 14,0 | |
| ПК801-72 | 377-382 | 347-355 | 12,0-13,0 |
Таким образом, механические свойства сплавов укладываются в следующие пределы:
| Прототип - | σв≥291-371 МПа; σ0,2≥229-333 МПа; δ≥12-19,0%; |
| Аналог - | σв≥250-351 МПа; σ0,2≥233-321 МПа; δ≥10-17,0%; |
| Предлагаемый - | σв≥322-386 МПа; σ0,2≥295-355 МПа; δ≥11-14,0%. |
Результаты испытания сплавов на обрабатываемость резанием представлены в виде диаграмм (фиг.1-4).
Таким образом, предлагаемый сплав обеспечивает достижение технической задачи - улучшение характеристик сплава при обработке резанием, что позволяет снизить производственные затраты за счет увеличения скорости резания; кроме того, снижение содержания свинца в сплаве и некоторых других вредных примесей позволяет улучшить экологичность производственных процессов приготовления сплавов и в целом окружающей среды.
1. Сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, железо, медь, титан и по крайней мере один элемент из группы олово и висмут, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один элемент из группы: галлий и кальций и по крайней мере один элемент из группы: бор и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| магний | 0,6-1,2 |
| кремний | 0,6-1,2 |
| марганец | 0,3-1,0 |
| железо | 0,1-0,5 |
| медь | 0,05-1,0 |
| титан | 0,005-0,05 |
по крайней мере один элемент из группы
| олово | 0,6-1,0 |
| висмут | 0,2-0,8 |
по крайней мере один элемент из группы
| галлий | 0,001-0,05 |
| кальций | 0,001-0,05 |
по крайней мере один элемент из группы
| бор | 0,0005-0,005 |
| углерод | 0,0001-0,005 |
| алюминий | остальное |
2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего состава, мас.%:
| магний | 0,6-1,2 |
| кремний | 0,6-1,2 |
| марганец | 0,3-1,0 |
| железо | 0,1-0,5 |
| медь | 0,05-1,0 |
| титан | 0,005-0,05 |
по крайней мере один элемент из группы
| олово | 0,6-1,0 |
| висмут | 0,2-0,8 |
по крайней мере один элемент из группы
| галлий | 0,001-0,05 |
| кальций | 0,001-0,05 |
по крайней мере один элемент из группы
| бор | 0,0005-0,005 |
| углерод | 0,0001-0,005 |
| алюминий | остальное |