Литейный сплав на основе алюминия


 


Владельцы патента RU 2490351:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия и может быть использовано при изготовлении конструкционных материалов для машиностроения и электрической промышленности. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: кремний 11-13, медь 0,8-1,5, магний 0,8-1,3, никель 0,5-1,2, марганец 0,3-1,2, железо 0,3-0,8, хром 0,3-0,5, цинк 0,3-0,5, титан 0,22-0,35, свинец 0,02-0,21, бор 0,02-0,06, церий 0,02-0,05, азот 0,02-0,05, алюминий остальное. Изобретение направлено на получение литейного сплава с высокими механическими свойствами, такими как трещиностойкость, прочность, твердость, относительное удлинение. 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия с повышенными технологическими и механическими свойствами, используемых в качестве конструкционных материалов в машиностроении и электротехнической промышленности.

Известен литейный сплав на основе алюминия (А.с. СССР №1803450, МПК C22C 21/04, 1993), содержащий, мас.%:

Кремний 5,0-12,0
Магний 0,3-2,5
Медь 1,0-2,0
Цинк 0,2-2,0
Марганец 0,1-0,6
Нитриды титана 0,02-0,2
Нитриды алюминия 0,01-0,08
Никель 0,01-0,3
Алюминий Остальное.

Известный сплав склонен к образованию газоусадочной пористости и обладает нестабильными пластическими и технологическими свойствами.

Известен также литейный сплав на основе алюминия (Патент РФ №2415193, МПК C22C 21/04, 2011), содержащий, мас.%:

Кремний 2,8-4,4
Магний 0,05-0,8
Медь 0,5-3,5
Цинк 0,2-3,0
Марганец 0,2-1,2
Железо 1,2-2,2
Церий 0,01-0,3
Алюминий и примеси Остальное.

Этот литейный сплав обладает низкой коррозийной стойкостью, имеет пониженную жидкотекучесть и недостаточную трещиностойкость. В стандартных технологических пробах на трещиностойкость при заливке в металлические формы образуются несколько трещин, имеющих общую длину до 14-20 см.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является литейный сплав на основе алюминия АЛ 30 (АК12ММгН) по ГОСТ 1583-93 следующего химического состава, мас.%:

Кремний 11-13
Медь 0,8-1,5
Магний 0,8-1,3
Никель 0,8-1,3
Марганец до 0,2
Железо до 0,7
Хром до 0,2
Цинк до 0,2
Титан до 0,2
Свинец до 0,05
Алюминий и примеси Остальное.

При литье в кокиль отливки из известного сплава после закалки с температуры 520±5°C в воде и старения по режиму Т6 обладают следующими механическими и технологическими свойствами:

Временное сопротивление разрыву, МПа 216-225
Относительное удлинение, % 0,7-0,9
Твердость, НВ 90-95
Скорость коррозии, мг/м2 82-87
Эффективная скорость резания, м/мин 35-45
Относительная шлифуемость (эталон АКЧЖ), % 112-118
Плотность, г/см3 2,63-2,8

Недостатками известного литейного сплава на основе алюминия являются низкие характеристики коррозийной стойкости, трещиностойкости (11-15 см) и нестабильные технологические свойства.

Задачей данного технического решения является повышение трещиностойкости и технологических свойств.

Поставленная задача решается тем, что литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, магний, никель, марганец, железо, хром, цинк, титан, свинец дополнительно содержит бор, церий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 11-13
Медь 0,8-1,5
Магний 0,8-1,3
Никель 0,5-1,2
Марганец 0,3-1,2
Железо 0,3-0,8
Хром 0,3-0,5
Цинк 0,3-0,5
Титан 0,22-0,35
Свинец 0,02-0,21
Бор 0,02-0,06
Церий 0,02-0,05
Азот 0,02-0,05
Алюминий Остальное.

Проведенный анализ предложенного технического решения показал, что на данный момент не известны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия. Кроме того, указанные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения положительного эффекта, указанного в цели изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что данные отличия являются существенными.

Дополнительное введение бора в литейный сплав в количестве 0,02-0,06 мас.% снижает газовыделение при кристаллизации, повышает дисперсность структуры, плотность, трещиностойкость и коррозионную стойкость отливок и предохраняет расплав от загорания. При содержании бора до 0,02 мас.% характеристики плотности, трещиностойкости и коррозионной стойкости недостаточны. При увеличении бора более 0,06 мас.% снижаются пластические и технологические свойства сплава.

Дополнительное введение церия в количестве 0,02-0,05 мас.% обусловлено высокой его модифицирующей и химической активностью, способностью кристаллизации структурных составляющих сплава в более компактной форме, что способствует повышению пластических, технологичнеких свойств и трещиностойкости. При содержании церия до 0,02 мас.% модифицирующий эффект недостаточен. При увеличении содержания церия более 0,06 мас.% повышается угар сплава и увеличивается газовыделение.

Дополнительное введение азота в количестве 0,02-0,05 мас.% обусловлено его рафинирующим влиянием, способностью очищать расплав от взвешенных оксидных (неметаллических) включений и образовывать дисперсные нитридные включения, что способствует повышению трещиностойкости и технологических свойств сплава в отливках. При концентрации азота до 0,02 мас.% количество нитридных включений и рафинирующий эффект не достаточны и технологические свойства отливок низкие. При увеличении содержания азота более 0,06 мас.% отмечается повышение угара магния и церия, что снижает пластические и технологические свойства сплава в отливках.

Для измельчения кристаллических зерен сплава в отливках, повышения плотности и коррозийной стойкости сплава содержание марганца в сплаве повышено до 0,3-1,2 мас.%. При увеличении содержания марганца более 1,2 мас.% снижаются характеристики трещиностойкости, пластических и технологических свойств. При концентрации марганца менее 0,3 мас.% плотность, коррозионная стойкость и прочностные свойства сплава недостаточны.

Повышение концентрации хрома до 0,3-0,5 мас.% обусловлено также существенным увеличением плотности и коррозионной стойкости сплава в отливках. При увеличении концентрации хрома более 0,5 мас.% снижаются литейные и пластические свойства. При снижении концентрации хрома менее 0,3 мас.% характеристики плотности, твердости и прочности недостаточны.

Содержание кремния (11-13 мас.%), меди (0,3-1,5 мас.%) и магния (0,8-1,3 мас.%) принято на основе практики производства термообрабатываемых отливок из литейных сплавов на основе системы Al-Si-Cu (алюминий-кремний-медь) с повышенной прочностью, твердостью и коррозионной стойкостью, сохраняющих постоянство размеров в процессе эксплуатации.

Для измельчения зерна и повышения пластических и технологических свойств в сплав вводят 0,22-0,35 мас.% титана, 0,3-0,5 мас.% цинка, 0,02-0,21 мас.% свинца и 0,5-1,2 мас.% никеля. При увеличении их концентрации более верхних пределов снижаются характеристики трещиностойкости, плотности и твердости. При содержании их менее нижних пределов пластические свойства, коррозионная стойкость и технологические свойства недостаточны.

Введение железа (0,3-0,8 мас.%) способствует повышению коррозионной стойкости, твердости и прочности. В зависимости от содержания железа, марганца и церия в отливках образуются как игольчатые выделения типа Al-Fe-Si (алюминий-железо-кремний), снижающие трещиностойкость, пластические и технологические свойства, так и более дисперсные и компактные выделения типа (Al, Mn, Fe, Si, Ce), способствующие повышению пластических, технологических свойств и коррозионной стойкости. При концентрации железа менее 0,3 мас.% компактных выделений железистой составляющей не образуется и основными структурными составляющими сплава являются фазы S (Al2CuMg) и Al3(Ni,Cu)2, которые снижают пластические свойства и трещиностойкость. При увеличении концентрации железа более 0,8 мас.% повышается содержание игольчатых выделений типа В (Al-Fe-Si), снижающих пластические свойства, трещиностойкость и обрабатываемость резанием на металлорежущих станках.

Опытные плавки литейных сплавов проводились в тигельных индукционных печах ИАТ-2,5. В качестве шихтовых материалов использовали чушки алюминиевого сплава АК12ММгН (50% от металлозавалки), возврат собственного производства из сплава АЛ30 (45% от металлозавалки) и легирующие и модифицирующие добавки (5% от металлозавалки). Медь и ферробор вводят в расплав при температуре 790-800°C, а церий и магниевую лигатуру - в конце плавки перед сливом расплава. Максимально допустимый перегрев расплава в печи - 860-880°C. Продувку расплавов азотом производят в миксерах (раздаточных печах) после рафинирования гексахлорэтаном и серой.

Разливку литейных сплавов производят в металлические формы после восстановления под шлаком в течение 10-15 минут для получения звездообразных технологических проб на трещиностойкость, стандартных технологических проб на жидкотекучесть, образцов и деталей.

В таблице 1 приведены химические составы сплавов опытных плавок.

В таблице 2 приведены механические и технологические свойства этих сплавов.

Как видно из таблицы 2 предложенный сплав обладает более высокими характеристиками механических свойств, трещиностойкости и технологических свойств.

Таблица 1
Химический состав литейных сплавов опытных плавок
Компоненты Содержание компонентов, мас.% (алюминий - остальное) литейных сплавов для составов
1(изв.) 2 3 4 5 6
Кремний 1,2 9,7 1,1 12,1 13 15
Медь 1,1 0,6 0,8 1,3 1,5 1,7
Магний 0,9 0,5 0,8 1,1 1,3 1,4
Никель 0,9 0,3 0,5 1,0 1,2 1,3
Марганец 0,1 0,2 0,3 0,9 1,2 1,5
Железо 0,5 0,2 0,3 0,6 0,8 1,2
Хром 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7
Цинк 0,1 0,1 0,3 0,4 0,5 0,6
Титан 0,07 0,2 0,22 0,3 0,35 0,5
Свинец 0,06 0,01 0,02 0,16 0,21 0,3
Бор - 0,01 0,02 0,04 0,06 0,1
Церий - 0.01 0,02 0,04 0,05 0,07
Азот - 0,01 0,02 0,03 0,05 0,06
Таблица 2
Механические и технологические свойства сплавов опытных плавок
Свойства литейных сплавов Показатели свойств для составов литейных сплавов опытных плавок
1 (изв.) 2 3 4 5 6
Временное сопротивление разрыву, МПа 218 223 228 235 237 226
Относительное удлинение, % 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,1
Плотность, г/см3 2,68 2,7 2,9 3,1 3,2 2,8
Эффективная скорость резания, м/мин 37 35 52 60 55 44
Скорость коррозии, мг/м2 83 82 80 75,6 72,8 81
Трещиностойкость (общая длина трещин в пробе), см 12 11 9,1 7,2 6,5 10,3

Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, магний, никель, марганец, железо, хром, цинк, титан, свинец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор, церий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 11-13
Медь 0,8-1,5
Магний 0,8-1,3
Никель 0,5-1,2
Марганец 0,3-1,2
Железо 0,3-0,8
Хром 0,3-0,5
Цинк 0,3-0,5
Титан 0,22-0,35
Свинец 0,02-0,21
Бор 0,02-0,06
Церий 0,02-0,05
Азот 0,02-0,05
Алюминий Остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано для получения слитков из алюминиевых сплавов повышенного качества при изготовлении изделий атомной, авиакосмической и автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. .
Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицированию литейных алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического состава. .
Изобретение относится к алюминиевому литейному сплаву, который может быть использован для изготовления литых деталей, подвергающихся термическим и механическим напряжениям, получаемых методами литья под давлением, фасонного литья или литья в песчаные формы.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деталей автомобильных двигателей, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150-200°С: головки цилиндров, корпуса водяных насосов, впускные трубы и др.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов. .

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении разнообразных изделий методами фасонного литья, в частности литья под поршневым давлением для производства отливок различного назначения, разнообразной фурнитуры, товаров народного потребления, средненагруженных узлов и агрегатов машин.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деталей автомобильных двигателей, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150-200°С.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицированию алюминиево-кремниевых сплавов. .
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения изделий литьем, в частности к модифицированию заэвтектических силуминов
Изобретение относится к металлургии литейных сплавов, в частности к антифрикционным сплавам на основе алюминия, работающим в условиях трения скольжения. Антифрикционный сплав на основе алюминия содержит основные компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний - 12-15, медь - 3-5, алюминий - остальное, и имеет структуру, содержащую кристаллы эвтектического кремния глобулярной формы размером от 2 до 8 мкм. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости сплава при трении скольжения. 3 пр.

Изобретение относится к литейному и металлургическому производству, в частности к получению псевдолигатуры для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ включает смешивание в планетарной мельнице полученного по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ультрадисперсного порошка карбида титана, содержащего соли хлорида калия и натрия, с порошком основы, содержащим алюминий и медь, в соотношении 9:1, и прессование полученной композиции. В результате получают лигатуру, содержащую 8-12% ультрадисперсной модифицирующей композиции. Использование полученной псевдолигатуры при модифицировании алюминиевых сплавов позволяет измельчать дендриты α-Al в 2,6 раза. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к многослойной трубе и ее применению. Многослойная труба включает металлическую трубу с внутренней поверхностью и внешней поверхностью, первый полимерный слой, связанный с внешней поверхностью, и, предпочтительно, второй полимерный слой, связанный с внутренней поверхностью, и при этом металлическая труба изготовлена из алюминиевого сплава, содержащего, вес.%: Si от 1,5 до 2,45, Fe от 0,5 до 1,2, Mn от 0,5 до 1,2, Cu от 0,3 до 1, Mg от 0,04 до 0,3, Ti<0,25, Zn<1,2 и другие примеси или случайные элементы <0,05 каждого, включая Cr<0,05 и Zr<0,05, всего <0,25, а остальное - алюминий. Технический результат - получение многослойных труб с сердцевиной из алюминия, обладающих улучшенными свойствами ползучести, в частности стойкостью к постоянному и длительно поддерживаемому внутреннему давлению. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к бор-содержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании, в частности, с высоким уровнем поглощения при нейтронном излучении. Способ включает приготовление алюминиевого расплава, содержащего 0,5-0,9% Si, l,3-1,9% Mg, 0,2-0,4% Cu, формирование в нем бор-содержащих частиц путем введения в расплав лигатуры, содержащей бор, при поддержании его температуры в пределах от 850 до 930°C в течение 30-45 минут, получение слитка путем кристаллизации расплава, его гомогенизацию, получение листов путем прокатки слитка и их термообработку, при этом получают листы со структурой композиционного материала, содержащей равномерно распределенные в алюминиевой матрице включения AlB2 со средним размером не более 30 мкм и массовой долей от 4 до 8%. Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств катаных листов из алюмоматричного бор-содержащего композиционного материала. 2 табл., 1 ил., 2 пр.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых алюминия, доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов). Способ включает модифицирование расплава углеродом в количестве 0,05-0,5% от массы шихты при температуре 740-800°C, углерод вводится в несвязанном виде в наноструктурном состоянии или аморфном состоянии. Технический результат заключается в повышении механических и эксплуатационных характеристик отливок за счет уменьшения размеров дендритов алюминия и всех составляющих структур алюминиево-кремниевого сплава: α-твердого раствора, эвтектики и первичных кристаллов кремния. 2 з.п. ф-лы.
Наверх