Литейный алюминиево-кремниевый сплав

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением. Литейный алюминиево-кремниевый сплав содержит, мас. %: кремний 10,5-11,5, стронций 0,02-0,08, магний 0,05-0,15, марганец 0,3-0,5, железо 0,3-0,5, алюминий и примеси – остальное, и имеет структуру, состоящую из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора и модифицированной алюминиево-кремниевой эвтектики, в состав которой входит стронцийсодержащая фаза, при этом не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2. Изобретение направлено на создание нового экономнолегированного силумина, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и обладающего высокими и стабильными механическими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением.

Диски автомобильных колес отличаются сложной формой, поэтому их, как правило, изготавливают из силуминов (сплавов на основе системы Al-Si), которые обладают высокими литейными свойствами. В частности, широко используются сплавы типа АК7пч (и зарубежные аналоги типа АА 356), содержащие около 7% Si (Золоторевский B.C., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. - М.: МИСиС, 2005, 376 с.). Из-за малого количества эвтектики (около 50 об.%) такие сплавы обладают недостаточно высокими литейными свойствами, что не позволяет получать из них отливки особо сложной формы. Другим недостатком этих сплавов является строгое ограничение по примеси железа (как правило, допускается не более 0,1%), что требует использовать для их приготовления первичный алюминий марки не ниже А85 (ГОСТ 11069-2001). Это ограничивает использование алюминия с повышенным содержанием железа, что обуславливает относительно высокую стоимость отливок.

Наиболее высокими литейными свойствами обладают эвтектические силумины типа АК12. Свойства таких сплавов сильно зависят от структуры, в частности от степени модифицирования алюминиево-кремниевой эвтектики и морфологии железистой фазы.

Известен метод получения эвтектического силумина АК12, раскрытый в патенте RU 2385783 (опубл. 10.04.2010 г., бюл. 10). По данному способу в отливках, полученных методом литья под низким давлением, реализована «структура, содержащая твердый раствор легирующих элементов в алюминии, модифицированную и немодифицированную эвтектики и железосодержащие фазы: Fe2SiAl8 - α-фаза, FeSiAl5 - β-фаза, концентрации которых составляют, в объемных %: твердый раствор легирующих элементов в алюминии 22±3, модифицированная эвтектика 70±5, немодифицированная эвтектика 8±2, а сумма железосодержащих фаз α и β - 0,7±0,2».

Данным способом получают фасонные отливки, обладающие следующими механическими свойствами на растяжение: σв=145-184 МПа, σ0,2=78=97 МПа, δ=4-13,5%. Недостатком отливок, полученных по данному способу, является невысокая пластичность, что обусловлено наличием немодифицированной эвтектики в количестве 8 об. % и фазы β (Al5FeSi), которая имеет неблагоприятную игольчатую морфологию.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является эвтектический силумин, раскрытый в патенте RU 2576707 (опубл. 10.01.2016, бюл. 7). Данный сплав «содержит, мас. %: кремний 10,0-13,0, магний не более 0,15, железо не более 0,5, марганец не более 0,5, элементы-модификаторы для измельчения эвтектики из ряда Sb, Sr, Na, K, Сa в сумме не более 0,05, элементы-модификаторы для измельчения - твердого раствора из ряда Ti, В, Zr, Sc в сумме не более 0,12, алюминий - остальное, при соотношении железа к марганцу 1:1». Технический результат данного изобретения заключается в повышении условного предела текучести, временного сопротивления разрыву и твердости.

Недостатком данного сплава является нестабильность механических свойств, что обусловлено большим количество модифицирующих добавок, в частности таких элементов, как натрий и калий. При повторных переплавах концентрации этих элементов снижаются и, как следствие, снижается степень модифицирования алюминиево-кремниевой эвтектики и ухудшается морфология железистых фаз.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является создание нового алюминиево-кремниевого сплава, предназначенного для получения фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением, допускающего в своем составе не менее 0,3% Fe и обеспечивающего стабильность механических свойств при переплавах.

Техническим результатом является создание нового экономнолегированного силумина, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и обладающего высокими и стабильными механическими свойствами.

Технический результат достигается тем, что в литейном алюминиево-кремниевом сплаве, содержащем кремний, магний, марганец, железо и стронций, характеризующийся структурой, состоящей из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора и алюминиево-кремниевой эвтектики, в состав которой входит стронцийсодержащая фаза, новым является то, что он содержит компоненты в следующем количестве, мас. %:

Кремний 10,5-11,5
Стронций 0,03-0,07
Магний 0,06-0,11
Марганец 0,3-0,5
Железо 0,3-0,5

при этом не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы (Al15(Fe,Mn)3Si2.

В частном исполнении сплав выполнен в виде отливок, предназначенных для изготовления дисков автомобильных колес.Обладает следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) не менее 150 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 5%.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Марганец и железо в заявленных пределах полностью входят в эвтектические включений фазы Al15(FeMn)3Si2, которые кристаллизуются преимущественно в составе четверной эвтектики (Al)+(Si)+Al2Si2Sr+Al15(FeMn)3Si2. Такой характер кристаллизации оказывает благоприятное влияние на литую структуру, а именно на морфологию алюминиево-кремниевой эвтектики и железистой фазы, что способствует высокой пластичности отливок в литом состоянии.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 приведена микроструктура заявляемого сплава (состав 3 в табл. 1), СЭМ, где а) общий вид, б) внутренне строение алюминиево-кремниевой эвтектики.

ПРИМЕР 1.

Были приготовлены 6 сплавов, составы которых указаны в табл. 1. Все сплавы содержали не менее 0,3% Fe. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия марки А85 (ГОСТ 11069-2001), кремния марки Кр00 (ГОСТ 2169-69) и магния марки Мг90 (99,9%) и лигатур: Al-10%Mn, Al-10%Fe и Аl-10%Sr. Заливку сплава осуществляли в стальную изложницу (по ГОСТ1583-93), разогретую до температуры 550°С, что позволило смоделировать скорость затвердевания, близкую к той, которая характерна при литье дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением. Все сплавы переплавляли и 2 раза повторяли эксперимент. Таким образом, было сделаны по 3 плавки для каждого сплава. Подшихтовка не проводилась.

Фазовый состав определяли экспериментальным путем с помощью электронной сканирующей микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа, а также с использованием расчета в программе Thermo-Calc по методике, описанной в (Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов. - М.: МИСиС, 2007, 284 с.). Механические свойства на разрыв определяли по ГОСТ 1497-84 на цилиндрических образцах, вырезанных из отливок.

Из табл. 1 видно, что только в составах 2-4 не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, что обеспечивает наилучшие сочетание временного сопротивления и относительного удлинения. В сплаве 1 механические свойства, особенно пластичность, меньше требуемого уровня, что связано с наличие иглообразных включений фазы Al5FeSi. Сплав 5 также имеет пониженные механические свойства, что связано с наличием крупных первичных кристаллов фазы Al15(Fe,Mn)3Si2. Сплав 6 (прототип) обладает значительным разбросом механических свойств, поскольку в нем низкая концентрация стронция и, как следствие, недостаточная степень модифицирования эвтектики после переплава.

1доля железа, входящего в состав алюминиево-кремниевой эвтектики; 2временное сопротивление на разрыв; 3относительное удлинение. Верхнее число отвечает максимальному значению, а нижнее – минимальному.

ПРИМЕР 2.

Из сплава состава 3 (табл. 1) в промышленных условиях были отлиты отливки диска автомобильного колеса. Структурный анализ показал, что более 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2.

Механические свойства на разрыв определяли на цилиндрических образцах, выточенных из различных мест отливок. Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что заявляемый сплав в промышленной отливке обеспечивает заданное сочетание временного сопротивления и относительного удлинения.

1. Литейный алюминиево-кремниевый сплав, содержащий кремний, магний и стронций и имеющий структуру, состоящую из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора и модифицированной алюминиево-кремниевой эвтектики, в состав которой входит стронцийсодержащая фаза, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец и железо при следующем содержании компонентов, мас. %:

кремний 10,5-11,5
стронций 0,02-0,08
магний 0,05-0,15
марганец 0,3-0,5

железо 0,3-0,5

алюминий и примеси остальное

при этом не менее 90% всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al15(Fe,Mn)3Si2.

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде отливок, предназначенных для изготовления дисков автомобильных колес.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он обладает следующими свойствами на растяжение, включающими временное сопротивление (σв) не менее 150 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 5%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства алюминиевых сплавов. Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием, включает введение в расплав алюминия кремния и тугоплавких металлов, при этом перед введением в расплав алюминия жидкий кремний подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, смешивают с жидким алюминием, тугоплавкие металлы вводят в расплав в виде легкоплавких лигатур, после чего зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, транспортируют, заливают в миксер и добавляют необходимое для получения заданного состава сплава количество алюминия.

Изобретение относится к стальному листу с покрытием из сплава на основе Al, нанесенным погружением в расплав, имеющему высокую обрабатываемость. Слой покрытия из сплава на основе Al, нанесенный погружением в расплав, содержит от 1,0 до 12,0 мас.% кремния и от 0,002 до 0,080 мас.% бора и образован на поверхности стального листа-подложки, причем слой покрытия имеет соотношение IMAX/I0, равное 2,0 или более, полученное измерением профиля по глубине с помощью оптической эмиссионной спектрометрии c тлеющим разрядом (GDS) от наружной поверхности в глубину слоя покрытия, где IMAX является максимальной интенсивностью обнаружения бора в зонах с глубиной распыления от 0 до 1,0 мкм, а I0 является средней интенсивностью обнаружения бора в пределах глубины распыления от 1,0 до 5,0 мкм.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано в процессах подготовки алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния (силуминов) марок АК5М2, АК7, АК7пч, АК8М3, АК9, АК12 и других.

Изобретение относится к созданию плакированного алюминием стального листа, используемого для горячего прессования, который имеет превосходные смазывающую способность в горячем состоянии, коррозионную стойкость после нанесения красочного покрытия и пригодность к точечной сварке.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к многослойному алюминиевому листу для высокотемпературной пайки. Многослойный лист для бесфлюсовой высокотемпературной пайки содержит сердцевину из алюминиевого сплава, покрытую промежуточным слоем алюминиевого сплава, и нанесенный на промежуточном слое припой из алюминиевого сплава.

Изобретение относится к способам получения металлической бутылки с горлышком с резьбой. Способ производства изготавливаемой прессованием путем ударного выдавливания металлической бутылки с резьбой для напитков включает получение заготовки из алюминиевого сплава, смешанного из скрапа алюминиевого сплава и относительно чистого алюминиевого сплава, при этом указанный скрап алюминиевого сплава содержит: между около 0,20 мас.

Изобретение относится к металлургии, а именно к модифицированию алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического и эвтектического составов и может быть использовано в технологии приготовления алюминиево-кремниевых сплавов для получения фасонных отливок.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении высоконагруженных паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой для пайки алюминия и его сплавов содержит следующие компоненты, мас.%: кремний 6,0÷10,0; германий 7,0÷20,0; стронций 0,005÷0,2; натрий 0,005÷0,05; бериллий 0,005÷0,1; железо 0,15÷0,3; хром 0,005÷1,5; цирконий 0,005÷1,5; по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, никель, кобальт и молибден при суммарном содержании от 0,5 до 3,4; алюминий - остальное, при этом соотношение содержания хрома и циркония в сплаве составляет 1:1, а содержание никеля не превышает 0,8 мас.%.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, натрий 0,001-0,2, титан 0,001-0,1, ванадий 0,001-0,2, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, бериллий 0,001-0,1, алюминий остальное.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением. Литейный алюминиево-кремниевый сплав содержит, мас. : кремний 10,5-11,5, стронций 0,02-0,08, магний 0,05-0,15, марганец 0,3-0,5, железо 0,3-0,5, алюминий и примеси – остальное, и имеет структуру, состоящую из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора и модифицированной алюминиево-кремниевой эвтектики, в состав которой входит стронцийсодержащая фаза, при этом не менее 90 всего количества железа входит в состав алюминиево-кремниевой эвтектики в виде фазы Al153Si2. Изобретение направлено на создание нового экономнолегированного силумина, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и обладающего высокими и стабильными механическими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл., 1 ил.

Наверх