Литейный сплав на основе алюминия

 

Литейный сплав на основе алюминия содержит следующие компоненты, мас.%: магний 6,5-7,5, кремний 0,1-0,6, марганец 0,2-0,6, титан 0,05-0,3, железо 0,05-0,2, бериллий 0,01-0,1, один или более элементов, выбранных из группы, содержащей скандий 0,01-0,2, висмут 0,01-0,4, карбид кремния 1,0-5,0, нитрид кремния 0,1-7,0, окись алюминия 1,0-5,0, окись циркония 1,0-5,0, алюминий - остальное. Сплав может найти применение в производстве изделий, работающих в условиях трения и повышенных ударных нагрузок. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности с одновременным повышением ударной вязкости за счет дополнительного легирования твердого раствора, измельчения всех структурных составляющих и введения в сплав дисперсного упрочнителя в виде неметаллических частиц. 2 табл.

Настоящее изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия и может найти применение в производстве изделий, работающих в условиях трения и повышенных ударных нагрузок.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий следующие компоненты в мас.%: Магний 6,0 - 7,0 Цирконий 0,05 - 0,20 Бериллий 0,02 - 0,10 Титан 0,05 - 0,15 Алюминий Остальное [ГОСТ 1583. Сплавы алюминиевые литейные. Стр. 6] Недостатком этого сплава являются сравнительно низкие механические свойства в литом состоянии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является сплав на основе алюминия, содержащий следующие компоненты в мас.%: Магний 5,5 - 6,5 Кремний 0,8 - 1,2
Марганец 0,2 - 0,4
Титан 0,05 - 0,2
Цирконий 0,05 - 0,2
Бериллий 0,001 - 0,05
Железо До 0,2
Медь До 0,1
Цинк До 0,1
Алюминий Остальное
[авт. св. СССР N 324287, 23.11.72]
Недостатками этого сплава являются низкие пластичность и ударная вязкость. Указанные недостатки обусловлены тем, что наличие в структуре сплава интерметаллидных фаз Mg₅Al₈, Mg₂Si, MnAl₆ наряду с увеличением прочности снижает пластичность и ударную вязкость.

Задачей настоящего изобретения является повышение пластичности с одновременным повышением ударной вязкости путем дополнительного легирования алюминиевого твердого раствора, измельчения всех структурных составляющих и введения в сплав дисперсного упрочнителя в виде неметаллических частиц.

Поставленная задача решается тем, что в предложенном сплаве на основе алюминия содержится магний, кремний, марганец, титан, железо и бериллий, согласно изобретению дополнительно содержится один или более элементов из группы; скандий, висмут, карбид кремния, нитрид кремния, окись алюминия и окись циркония при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Магний 6,5 - 7,5
Кремний 0,1 - 0,6
Марганец 0,2 - 0,6
Титан 0,05 - 0,3
Железо 0,05 - 0,2
Бериллий 0,01 - 0,1
Один или более элементов из группы
Скандий 0,01 - 0,2
Висмут 0,01 - 0,4
Карбид кремния 1,0 - 5,0
Нитрид кремния 0,1 - 7,0
Окись алюминия 1,0 - 5,0
Окись циркония 1,0 - 5,0
Алюминий - остальное
Для опробования предложенного сплава были приготовлены композиции, состав которых приведен в таблице 1.

Упрочнение предложенного сплава достигается путем более высокой степени легирования и микролегирования твердого раствора железом, висмутом или скандием и за счет введения в сплав керамических частиц. Висмут при содержании до 0,3% растворяется в твердом растворе. При содержании висмута более 0,3% в структуре появляются включения, размеры которых не превышают 1-3 мкм и которые действуют как дисперсные упрочнители висмута более 0,3% в структуре появляются включения, размеры которых не превышают 1-3 мкм и которые действуют как дисперсные упрочнители. Кроме того введение висмута обеспечивает повышение коррозионной стойкости под напряжением и улучшает обрабатываемость резанием. Скандий помимо микролегирующего действия является эффективным модификатором. Его введение в комплексе с титаном обеспечивает получение мелкокристаллической структуры, что в свою очередь приводит к повышению механических и технологических свойств. Карбид кремния, нитрид кремния, окись алюминия или окись циркония введены в состав сплава в качестве дисперсного упрочнителя (размер частиц 3-7 мкм). Наличие в структуре сплава большого количества равномерно распределенных мелкодисперсных частиц обеспечивает повышение временного сопротивления разрыву, модуля упругости и ударной вязкости. При введении в сплав железа образуется четвертая фаза, в состав которой входит алюминий, марганец, кремний и железо, выделяющаяся при кристаллизации в виде мелкодисперсных глобулярных частиц. Некоторое изменение содержания других элементов, входящих в состав сплава, по сравнению с прототипом произведено с целью обеспечения ему более благоприятной структуры. При этом несколько уменьшается количество фаз Mg₅Al₈ и MnAl₆ и повышается пластичность.

В таблице 2 приведены свойства предложенного сплава в сопоставлении с известным сплавом.

При содержании компонентов ниже и выше защищаемых пределов требуемый уровень свойств не достигается. При варьировании соотношений ингредиентов получают желаемые характеристики для каждого конкретного случая в зависимости от технологических условий получения деталей и предъявляемых требований.

Формула изобретения

Литейный сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, титан, железо и бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит один более элементов, выбранных из группы, содержащей скандий, висмут, карбид кремния, нитрид кремния, окись алюминия, окись циркония при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 6,5 - 7,5
Кремний - 0,1 - 0,6
Марганец - 0,2 - 0,6
Титан - 0,05 - 0,3
Железо - 0,05 - 0,2
Бериллий - 0,01 - 0,1
Один или более элементов, выбранных из группы, содержащей
Скандий - 0,01 - 0,2
Висмут - 0,01 - 0,4
Карбид кремния - 1,0 - 5,0
Нитрид кремния - 0,1 - 7,0
Окись алюминия - 1,0 - 5,0
Окись циркония - 1,0 - 5,0
Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2