Литейный сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия системы Al-Si-Cu-Mg, применяемых в качестве базовых деталей агрегатов управления топливной системой в авиационной и автомобильной промышленности. Предложены сплав и изделие, выполненное из него, содержащие следующие компоненты, мас.%: кремний 5,0-10,0, медь 2,0-5,0, магний 0,3-0,7, титан 0,05-0,4, цирконий 0,01-0,3, сурьма 0,2-0,4, скандий 0,05-0,6, неодим 0,1-0,3, кальций 0,3-2,0, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является создание сплава на основе алюминия и изделий из него, обладающих улучшенными литейными свойствами: повышенной жидкотекучестью, уменьшенными горячеломкостью и линейной усадкой. 2 н.з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно - к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия системы A-Si-Cu-Mg, применяемых в качестве базовых (корпусных) деталей агрегатов управления топливной системой в авиационной и автомобильной промышленности.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%:

Кремний 6,5-7,5

Магний 0,55-0,60

Титан 0,10-0,20

Алюминий Остальное

[Registration Recоrd of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Aluminum Alloys in the Form of Casting and Ingot. The Aluminum Association, Inc. 900 19^th Street N.W. Washington. D.C. 200078 Revised. September 1, 1987 Supersedes July, 1985].

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%:

Никель 3,0-6,5

Скандий 0,2-0,8

Цирконий 0,05-0,15

Алюминий Остальное

[Патент РФ №2001144].

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%:

Кремний 5,0-13,0

Медь 1,2-3,5

Магний 0,3-1,5

Титан 0,10-0,30

Бериллий 0,001-0,1

Хром 0,015-0,05

Скандий 0,01-0,2

Стронций 0,015-0,05

Алюминий Остальное

[Патент РФ №2082806].

Недостатками известных сплавов-аналогов являются невысокие механические свойства (до 300 МПа), что не позволяет использовать их в деталях агрегатов управления топливной системой.

Наиболее близким по составу и назначению к предлагаемому сплаву является литейный сплав на основе алюминия следующего состава, мас.%:

Кремний 8,5-15,0

Медь 0,5-5,5

Магний 0,1-1,0

Титан 0,10-0,70

по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей:

Цирконий 0,01-0,5

Никель 0,01-1,0

Ванадий 0,01-0,5

Хром 0,01-0,5

Сурьма 0,01-0,4

Алюминий Остальное

[Патент РФ №1836476].

Недостатками сплава-прототипа являются невысокие литейные свойства: горячеломкость, жидкотекучесть, линейная усадка. Значительная часть фасонных отливок из сплава-прототипа имеет литейный брак, в основном горячие трещины, незаливы, концентрированные рыхлоты, что приводит к окончательному браку продукции.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе алюминия и изделий из него, обладающих улучшенными литейными свойствами: повышенной жидкотекучестью, уменьшенными горячеломкостью и линейной усадкой, что позволяет снизить брак литья фасонных отливок для агрегато-, самолето- и автомобилестроения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, магний, титан, цирконий, сурьму, который дополнительно содержит скандий, неодим и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 5,0-10,0

Медь 2,0-5,0

Магний 0,3-0,7

Титан 0,05-0,4

Цирконий 0,01-0,3

Сурьма 0,2-0,4

Скандий 0,05-0,6

Неодим 0,1-0,3

Кальций 0,3-2,0

Алюминий Остальное

и изделие, выполненное из него.

Авторами установлено, что скандий (переходный металл), неодим, (из группы лантаноидов) и сурьма образуют с алюминием и кремнием так называемые “дисперсоиды”. Ультрадисперсные частицы этих элементов в заданном количестве и приведенном выше соотношении других компонентов обеспечивают упрочнение твердого раствора после закалки и искусственного старения и, следовательно, приводит к достижению оптимального соотношения предела прочности и пластичности.

Кальций в казанных пределах и заявленном соотношении компонентов в предлагаемом сплаве повышает его литейные свойства.

Пример осуществления.

Сплав готовили в электрических печах сопротивления в графитово-шамотных тиглях.

Литьем в металлические формы отливали заготовки, из которых вытачивали стандартные образцы ⊘12 мм для определения механических свойств при комнатной температуре, а также фасонные отливки (корпусы). Образцы испытывали в закаленном и искусственно состаренном состоянии по режиму: нагрев 540°С - 10 ч, закалка в воде 20°С и искусственное старение при 175°С - 6 ч, охлаждение на воздухе.

В табл. 1 приведен химический состав предлагаемого сплава и сплава-прототипа, в табл. 2 - значения механических и литейных свойств.

На основании экспериментальных данных можно сделать следующие выводы: предлагаемый сплав на основе алюминия имеет более высокие литейные свойства (жидкотекучесть повысилась на 5%, горячеломкость (по технологической пробе появлялась трещина при ширине кольца 5 мм) снизилась в 2,5 раза, линейная усадка снизилась на 25%) при высоких значениях механических свойств.

Фасонные отливки (корпуса) прошли контроль качества. Брака по литью не обнаружено.

Таким образом, применение предлагаемого сплава на основе алюминия в изделиях агрегато-, самолето- и автомобилестроения в качестве базовых (корпусных) деталей агрегатов управления топливной системой позволит снизить вес изделий на 15%, увеличить ресурс в 4 раза, а также ликвидировать брак по качеству литья.

Формула изобретения

1. Литейный сплав на основе алюминия, включающий кремний, медь, магний, титан, цирконий, сурьму, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий, неодим и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 5,0-10,0

Медь 2,0-5,0

Магний 0,3-0,7

Титан 0,05-0,4

Цирконий 0,01-0,3

Сурьма 0,2-0,4

Скандий 0,05-0,6

Неодим 0,1-0,3

Кальций 0,3-2,0

Алюминий Остальное

2. Изделие из литейного сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:

Кремний 5,0-10,0

Медь 2,0-5,0

Магний 0,3-0,7

Титан 0,05-0,4

Цирконий 0,01-0,3

Сурьма 0,2-0,4

Скандий 0,05-0,6

Неодим 0,1-0,3

Кальций 0,3-2,0

Алюминий Остальное