Литейный сплав на основе алюминия

 

Использование: в качестве конструкционного материала. Сплав содержит, мас. %: кремний 7,5 - 10,0; медь 2,0 - 4,5; магний 0,3 - 0,45; титан 1,0 - 0,35; цирконий 0,1 - 0,25; стронций 0,01 - 0,2; германий 0,05 - 0,2; железо 0,3 - 1,2; алюминий - остальное. Свойства сплава следующие: предел прочности - 380 - 500 МПа; относительное удлинение 6,0 - 10,0%; твердость НВ 1000 - 1200; жидкотекучесть 370 - 390 мм; линейная усадка 1,03 - 1,08%. 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии сплавов на основе алюминия, а именно сплавов системы Al-Si-Cu-Mg, предназначенных для получения отливок методом литья в металлические формы (кокиль, под давлением, жидкой штамповкой, выжиманием).

Известен литейный сплав на основе алюминия, содержащий мас. кремний 7-8,5; медь 2,5-3,5; магний 0,2-0,45; титан 0,1-0,25; цинк 0,5-1,0; цинк 0,5-1, бериллий 0,05-0,25; бор 0,005-0,1; кадмий 0,15; железо ≅ 0,4; цирконий 0,15, имеющий достаточно высокий уровень механических свойств: σ_в 400 МПа, δ 2-4% σ₁ 110 МПа, а_н 4-6х10⁴ Дж/м².

Недостатки сплава сложность химического состава и режима термической обработки (три ступени нагрева под закалку) и наличие в составе токсичных добавок бериллия и кадмия. Стоимость сплава из-за дорогостоящей добавки бериллия и применение алюминия высокой чистоты (марки не ниже А95) в полтора раз выше стоимости стандартного сплава.

Известен также сплав, взятый за прототип, имеющий состав, мас. кремний 8-13; медь 2,5-6; марганец 0,3-0,8; магний 0,3-1,2; титан + бор 0,1-1,0; никель 0,25; хром 0,2-0,5; натрий + стронций+кальций 0,01; железо 0,3-0,9. Сплав обладает высокими значениями прочностных характеристик: σ_в 380-470 МПа; δ 2,5-4,5% σ_-1 120-130 МПа.

Недостаток сплава сложность его приготовления ввиду многокомпонентного химического состава (11 элементов) и наличия дорогостоящих и дефицитных добавок никеля и хрома.

Цель изобретения повышение механических и технологических свойств сплава при использовании в его составе недефицитных и недорогих компонентов, в том числе алюминия технической чистоты.

Для достижения поставленной цели предложен литейный алюминиевый сплав, включающий кремний, медь, магний, стронций, титан, дополнительно содержащий германий и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. Кремний 7,5-10 Медь 2,0-4,5 Магний 0,3-0,45 Титан 0,1-0,35 Цирконий 0,1-0,25 Стронций 0,01-0,2 Германий 0,05-0,2 Железо 0,3-1,2 Алюминий Остальное.

Кремний основной легирующий компонент, обеспечивающий сплаву литейные свойства, а содержание меди в сплаве близком к пределу растворимости (до 5%) способствует упрочнению сплава при термообработке и повышению сопротивления усталости без ущерба для литейных свойств. Магний повышает прочность при термической обработке. Добавка германия при взаимодействии с магнием оказывает влияние на упрочнение при старении, полностью подавляя образование зон ГП, и способствует выделению основной упрочняющей фазы Θ'. Железо для литейных алюминиевых сплавов является вредной примесью, так как при концентрации 0,5-0,8% могут появляться первичные кристаллы FeSiAl₅ игольчатой формы, приводящие к охрупчиванию. Для снижения отрицательного влияния железа в сплав введен стронций как элемент второй группы. Установлено, что стронций оказывает модифицирующее воздействие на кремний эвтектики, способствуя совместно с магнием образованию фазы FeMg₃Si₆Al₈, входящей в состав эвтектики в виде китайских иероглифов. Располагаясь по границам зерен, фаза тормозит дислокационные процессы и тем самым повышает прочностные характеристики сплава. При больших скоростях охлаждения при литье в металлические формы эвтектическая область сдвигается в сторону более высоких концентраций железа, что обуславливает формирование железосодержащей фазы в более измельченном виде. Поэтому для литья под давлением и жидкой штамповкой допускается содержание железа в сплаве до 1,2% Модифицирующее воздействие стронция на кремний эвтектики и пассивирующее влияние на фазу, содержащую железо, проявляется при концентрациях > 0,4% Совместное введение в сплав титана до 0,35 и циркония в количестве до 0,25% позволило обеспечить модифицирующий эффект при значительно меньших концентрациях стронция.

Химический состав, механические и технологические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в табл.1 и 2.

Анализ приведенных данных показывает, что именно предложенный интервал концентраций легирующих элементов обеспечивает высокий уровень свойства сплава. Сравнение механических и технологических свойств предлагаемого и известного сплавов показало, что предлагаемый сплав превосходит известный по пластичности на 50% ударной прочности на 70% твердости на 8,5% Сплав обладает лучшими технологическими свойствами (жидкотекучесть, горячеломкость, линейная усадка), что позволяет изготавливать из него отливки сложной конфигурации в металлические формы. Используя для его приготовления алюминий технической чистоты с повышенным содержанием примеси железа (марки А7 или А5).

Предлагаемый сплав рекомендуется использовать в литых конструкциях изделий, где необходимы высокие механические свойства.

Формула изобретения

ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий кремний, медь, магний, титан и стронций, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, германий и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кремний - 7,5 - 10,0 Медь - 2,0 - 4,5 Магний - 0,3 - 0,45 Титан - 0,1 - 0,35 Цирконий - 0,1 - 0,25 Стронций - 0,01 - 0,2 Германий - 0,05 - 0,2 Железо - 0,3 - 1,2
Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2