Способ получения литейного алюминиево-магниевого сплава

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литейных алюминиево-магниевых сплавов, которые могут быть использованы в авиационной и космической технике и в других областях машиностроения для литья деталей, работающих в изделиях, подвергающихся высоким нагрузкам, таких, например, как двигатели летательных аппаратов. Способ включает расплавление алюминиевой основы и введение в нее последовательно алюминиево-бериллиевой лигатуры (Аl - 4,26% Ве), алюминиево-циркониевой лигатуры (Al - 3,0% Zr) и алюминиево-титановой лигатуры (Al - 3,0% Ti), а также магния. Алюминиево-циркониевую лигатуру (Al - 3,0% Zr) и алюминиево-титановую лигатуру (Аl - 3,0% Ti) предварительно по отдельности переплавляют в течение 15 мин в вакуумной индукционной высокочастотной печи при 1100-1200°С и разрежении 0,799-1,066 Па с последующей их разливкой слоем 15-20 мм в изложницы без снятия вакуума. В сплаве уменьшается содержание газов, в результате чего повышаются механические свойства литейного алюминиево-магниевого сплава. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к приготовлению литейных алюминиево-магниевых сплавов, которые могут быть использованы в авиационной и космической технике и в других областях машиностроения для литья деталей, работающих в изделиях, подвергающихся высоким нагрузкам, таких, например, как двигатели летательных аппаратов.

Известен сплав АЛ8 (состав по ГОСТ 1583-93: 9,5-10,0% Mg; Al - остальное; примеси не более, %: 0,30 Si; 0,10 Zn; 0,10 Сu; 0,07 Ti; 0,20 Zr; 0,07 Be; 0,30 Fe; 0,10 Mn). Требования к механическим свойствам (термообработка по режиму Т4): временное сопротивление разрушению σ_в≥320 МПа; относительное удлинение δ≥11,0%; твердость по Бринеллю НВ≥700 МПа.

Недостатки сплава заключаются в его повышенной склонности к взаимодействию с газами, что приводит к образованию в отливках газовой пористости и газовых раковин, в связи с чем приготовление сплава нужно проводить под флюсом, а при литье в песчано-глинистые формы - добавлять в формовочную смесь борную кислоту, которая препятствует взаимодействию жидкого металла с присутствующей в формовочной смеси влагой, что приводит к образованию в сплаве неметаллических включений и оксидных плен. Кроме того, по существующей технологии в сплав не вводятся модификаторы, что приводит к формированию в отливках крупнокристаллической структуры, что также приводит к снижению механических свойств литых изделий. Все эти факторы приводят к снижению уровня механических свойств отливок.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является алюминиево-магниевый сплав АМг 10 (состав по ГОСТ 1583-93: 9,5-10,5% Mg; 0,05-0,15% Be; 0,05-0,15% Ti; 0,05-0,20% Zr; остальное - Al; примеси, не более, %: 0,10 Mn; 0,15 Си; 0,10 Zn; 0,20 Si; 0,20 Fe; сумма примесей для всех видов литья не более 0,5%). Требуемые механические свойства сплава в термически обработанном состоянии (режим Т4): временное сопротивление σ_в≥320 МПа; относительное удлинение δ≥12%; твердость по Бринеллю НВ≥750 МПа. По стандартной технологии сплав готовят путем последовательного введения в расплавленный алюминий алюминиево-бериллиевой лигатуры (Al - 4,26% Be), алюминиево-циркониевой лигатуры (Al - 3,0% Zr), алюминиево-титановой (Al - 3,0% Ti) и магния.

Недостатки сплава заключаются в том, что алюминиево-циркониевая (Al - 3,0% Zr) и алюминиево-титановая (Al - 3,0% Ti) лигатуры, наряду с положительным эффектом измельчения структуры отливок, одновременно являются источником водорода, который вызывает образование в отливках газовой пористости и газовых раковин, что приводит к снижению уровня механических свойств отливок

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа приготовления алюминиево-магниевого сплава, обладающего высокими механическими свойствами.

Поставленная цель достигается тем, что перед введением в расплав алюминиево-циркониевую лигатуру (Al - 3,0% Zr) и алюминиево-титановую лигатуру (Al - 3,0% Ti) предварительно переплавляли в вакууме с последующей разливкой сплава слоем 15-20 мм в изложницы и кристаллизовали в вакууме.

Пример

Сплав массой около 20 кг готовили в электрической печи сопротивления в графито-шамотовом тигле. Вначале в тигель загружали навеску алюминия, после расплавления которой в нее последовательно вводили алюминиево-бериллиевую лигатуру (Al - 4,26% Be), алюминиево-циркониевую лигатуру (Al - 3,0% Zr), алюминиево-титановую лигатуру (Аl - 3,0% Ti) и магний. После растворения магния с поверхности расплава снимали шлак и окисную пленку и производили его рафинирование гексахлорэтаном С₂Сl₆ в два приема из расчета 0,25% (50 г) от массы плавки. После выстаивания сплава в течение 8-10 мин и повторной очистки его поверхности при 720°С в кокиль были отлиты пробы диаметром 35 мм, из которых после термической обработки (режим Т4) вытачивали образцы (по 3 шт.) для испытания механических свойств.

При этом с целью уменьшения в сплаве содержания газов, результатом чего является возникновение в отливках газовой пористости и газовых раковин, и, как результат, снижение уровня механических свойств отливок, лигатуры (Al - 3,0% Zr) и (Al - 3,0% Ti) предварительно по отдельности переплавляли в течение 15 мин в вакуумной индукционной высокочастотной печи при 1100-1200°С и разрежении 0,799-1,066 Па с последующей разливкой сплава слоем 15-20 мм в изложницы без снятия вакуума.

Состав сплавов контролировали химическими способами.

По описанной технологии проводили 10 плавок, полученные результаты испытаний механических свойств усредняли. Анализ полученных данных (таблица) показал, что в результате применения при приготовления сплава лигатур (Al - 3,0% Zr) и (Al - 3,0% Ti), предварительно по отдельности переплавленных в течение 15 мин в вакуумной индукционной высокочастотной печи при 1100-1200°С и разрежении 0,799-1,066 Па с последующей разливкой сплава слоем 15-20 мм в изложницы без снятия вакуума, временное сопротивление σ_в, испытанное на образцах, вырезанных из отливок, относительно требуемого значения по ГОСТ 1583-93 повысилось на 14,1% (с 320 до 365 МПа), относительное удлинение δ - на 58,3% (с 12,0 до 19,0%), твердость по Бринеллю НВ - на 2,7% (с 750 до 770 МПа)

Таблица
Химический состав (алюминий - остальное) и механические свойства сплава AMг 10
Технология	Содержание компонентов, %	Механические свойства
Mg	Be	Zr	Ti	σв МПа/прирост, %	δ %/прирост, %	НВ МПа/прирост, %
ГОСТ 1583-93	9,5-10,5	0,05-0,15	0,05-0,20	0,05-0,15	320	12,0	750
Разработанная	10,5	0,041	0,061	0,027	365/14,1	19,0/58,3	770/2,7

Способ получения литейного алюминиево-магниевого сплава, включающий расплавление алюминиевой основы и введение в нее последовательно алюминиево-бериллиевой лигатуры (Аl - 4,26% Ве), алюминиево-циркониевой лигатуры (Al - 3,0% Zr) и алюминиево-титановой лигатуры (Al - 3,0% Ti), а также магния, отличающийся тем, что алюминиево-циркониевую лигатуру (Al - 3,0% Zr) и алюминиево-титановую лигатуру (Аl - 3,0% Ti) предварительно по отдельности переплавляют в течение 15 мин в вакуумной индукционной высокочастотной печи при 1100-1200°С и разрежении 0,799-1,066 Па с последующей их разливкой слоем 15-20 мм в изложницы без снятия вакуума.