Литейный сплав на основе алюминия

 

ЛИТЕЙННЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий кремний, медь, . никель, магний, марганец, цирконий, железо, титан, цинк и ванадий,о-тличающий ся тем, что, с целью снижения коэффициента термического расширения и повышения механических свойств при комнатной и повышенных температурах, он дополнительно содержит хром и молибден при следующем соотношении компонентов , мас.%: 10-13 Кремний 0,8-1,8 Медь 0,3-1,3 Никель 0,8-1,3 Магний 0,01-0,6 Марганец 0,02-0,2 Цирконий 0,4-0,9 Железо 0,05-0,4 Титан 0,1-0,9 Цинк с 9 0,02-0,4 Хром 0,02-0,2 Ванадий (Л 0,01-0,15 Молибден Остальное. Алюминий

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (IQ) (13) А1 (S2)g С 22 С 21/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

20 С

150 С

250 С

Твердость (НВ)

200С

150оС

250 С

20-25

18-23

i 0-15 при:

90-110

70-90

35-40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР.1 (21) 3555165/22-02 (22) 13.12.82 (46) 15.08.90. Бюл. 2(30 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) Б.И.Емлин, А.В. Венцковский, А.Н.Иорозов, С.А.Артеменко, Б.О.Вайсман, A.Ô.Êàðà÷åíöåâ, Н.А.Хавалиц и В.П.Сорочкин (53) 669.715 (088.8) (56) ГОСТ 2685-75 ° Сплавы алюминиевые. Сплав АЛЗО.

Авторское свидетельство СССР

Р 805643, кл. С 22 С 21/14, 1979. (54) (57) ЛИТЕЙН201 СПЛАВ, НА ОСНОВЕ

AJINK%Hß, содержащий кремний, медь, никель, магний, марганец, цирконий, железо, титан, цинк и ванадий, ° отличающийся тем, что, с

Изобретение относится к цветной металлургии, литейных сплавов на основе алюминия, используемых для изготовления деталей, работающих .при высоких температурах, и поршней двигателей внутреннего сгорания.

Известен литейный сплав на основе алюминия, содержащий, мас.Ж: . .,Кремний. 11,0-13,0

Иедь 0,8-1,S

Никель 0,8-1,3

Магний 0,8-1,3

Алюминий Основа

Примеси не более:

Железо 0,7

2 целью снижения коэффициента термического расширения и повышения механических свойств при комнатной и повышенных температурах, он дополнительно содержит хром и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Кремний 10-13

Иедь 0,8-1,8

Никель 0,3-1,3

Иагний 0,8-1,3

Марганец 0,01-0,6

Цирконий 0,02-0,2

Железо 0,4-0,9

Титан О,OS-0,4

Цинк 0,1-0,9

Хром 0,02-0,4

Ванадий 0,02-0,2

21олибден О, 01-0, 15

Алюминий Остальное.

Цинк 0,2

Иарганец 0,2

Титан 0,01

Механические свойства сплава сле дующие.

Предел прочности, кгс/см при температуре:

1094377

55

Коэффициент термического расши рения (20-200 С): 10 град -20,5-, 21,5.

Увеличение мощности двигателей внутреннего сгорания приводит к быст1 рому износу и выходу из строя поршней, изготовленных иэ сплава приведенного состава. Причиной является нйзкая жаростойкость сплава, снижение твердости при повьппенных (100 "

: 2OKC) температурах, кроме того сплав обладает низкой корроэионной стойкостью.

Наиболее близким к предложенному 15 .сплаву по технической .сущности и достигаемому результату является известный литейный сплав на основе алюминия, содержащий, мас.Х:

Кремний 10-12

Медь 0,8-1,8

Никель 0,8-1.,3

Магний 0,8-1,3

Марганец 0,2-0,6

Цирконий 0,02-0,2

Железо 0,4-0,9

Титан 0,05-0,4

Цинк 0,21-09

Ванадий 0,02-0,2 . Алюминий Остальное.

30, Однако известный сплав обладает

:недостаточно низким коэффициентом . термического расширения и,недостаточно высокими механическими свойствами при комнатной и повышенных тем35 ,пературах.

Целью изобретения является сниже ние коэффициента термического расши.;рения и повышение механических свойств при комнатной и повышенных 40 температурах.

Для достижения поставленной цели литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, никель, магний, марганец, цирконий, железо, 45 титан, цинк и ванадий, дополнительно содержит хром .и молибден при следую.щем соотношении компонентов, мас.Х:

Кремний 10-13

Медь 0,8-1,8

Никель 0,8-1, 3

Магний 0,8-1,3

Марганец 0,01-0,6 Цирконий 0,02-0,2

Железо, 0,4-0,9

Титан 0,05-0,4

Цинк О, 1-0,9

Хром 0,02-0,4

Ванадий 0,02-0,2

Молибден 0 01-0,15

Алюми ниц Остальное, Добавка молибдена в сплав приво-, дит к измельчению зерна, что повы 1 шает твердость, прочность и относительное удлинение. Увеличение cQдержания молибдена более 0,15Х приводит к образованию крупных интерметаллидов, что ухудшает обрабатываемость сплава. Уменьшение содержания молибдена менее 0,01Х. уменьшает модифицирующий эффект, т.е. улучшения механических свойств не наблюдается.

Введение хрома в сплав улучшает литейные свойства — снижает склонность отливок к образованию трещин.

Незначительное количество хрома в сплаве 0,02-0,4Х обеспечивает увеличение на 10-20Х прочности и твердости, сплава при одновременном сохранении значений относительно удлинения и ударной вязкости. Хром в количестве

0,02-0,4Х обеспечивает уменьшение коэффициента термического расширения.

Увеличение твердости и прочности сплава при введении хрома обусловле1 но образованием. тройной фазы

; Cr Si Al q. При содержании хрома менее

0,02Х механические свойства не улучшаются, так как такого содержания недостаточно для образования тройной фазы и хром находится в твердом растворе. Максимальное содержание хрома в сплаве (0,4X) определено эвтектической точкой в системе Al-Cr при температуре 661,2 С. При увеличении содержания хрома более 0,4Х образуется твердая фаза CrA17, что ухудшает линейные свойства сплава.

При уменьшении содержания кремния в сплаве менее 10Х резко снижается твердость и возрастает линейное расширение, увеличенИе содержания кремний более 13% приводит к выделению избыточной фазы кремния, что ухудшает условия механической обработки изделий из этого сплава.

Медь введена в сплав для повьппения жаропрочности. При содержании меди менее 0,8Х улучшения механических свойств на наблюдается, увеличение содержания меди в сплаве более

1,8К снижает коррозионную стойкость. сплава.

Никель увеличивает предел прочности эвтектического сплава. Снижение содержания никеля менее 0,8Х не улуч77 6

I ва, увеличивает жаропрочность. Минимальное содержание титана 0,05Х, nps6

-I меньшем содержании эФФекта модифицирования не наблюдается, увеличение содержания титана более 0,4Х приводит к ухудшению:механических свойств отливок.

Введение в сплав цинка вызвано необходимостью улучшения литейных сплавов, кроме того цинк стабилизирует твердый раствор элементов в алюминии, что улучшает механические свойства сплава. Повышение содержания цинка в сплаве более 0,9Х вызывает ликвидацию, что снижает жаростойкость сплава, снижение концентрации цинка менее 0,10Х положительного влияния на свойства сплава не оказывает.

Ванадий введен в сплав в количестве 0,02-0,2Х, что обеспечивает улучшение механических и литейных свойств сплава;

Для опробования предложенного сплава были приготовлены композиции, химический состав которых приведен в табл.1. !

5 10943 шает механической прочности, а увеличение свыше 1,3Х приводит к переходу дефицитного металла без улучшения прочностных свойств, . Магний в эвтектическом сплаве в

5 пределах 0,8-1,3X упрочняет его за счет выделения магнийсодержащих фаз типа Hg@Si. При уменьшении магния в сплаве упрочняющая Фаза не выделяется, механические свойства отливок не улучшаются, увеличение содержания магния приводит к охрупчиванию сппава.

Марганец в сплаве улучшает структуру, повышает жаростойкость. Уменьщение содержания марганца в сплаве менее 0.,01Х положительного влияния не оказывает, увеличение содержания марганца более 0,6Х приводит к образованию интерметаллидных Фаз (Мп, 20

Ре) Si, что снижает механические свойства сплава.

Цирконий измельчает структуру спла" ва, улучшает механические и антикоррозионные свойства. Уменьшение со- 25 держания циркония менее 0,02Х не увеличивает коррозионной стойкости. сплава, увеличение свыше 0,2Х приводит к перемодиФицированию, что отрицательно сказывается на прочностные свойства отливок. ( е

Железо в сплаве оказывает воздейс-. твие аналогично никелю и частично заменяет его, однако увеличение его содержания более чем на 0 9Х ухудшает литейные свойства сплава, снижение содержания железа менее 0,4Х. уменьшает жаростойкость.

Титан оказывает сильное модифициРующее влияние на стРуктуРу сплава, 40 особенно в паре с цирконием. Титан повышает механические свойства сплаI

Испытание опробованных ко упозиций предложенного сплава были проведены на отлитых в кокиль. образцах. Результаты испытаний предложенного сплава в сопоставлении с известным приведены в табл.2.

Таким образом, как видно из табл.2, предел прочности сплава возрос до 30 кгс/мм, коэффициент тер мического расширения снизился до

18. 1.0 град- или на 5/8Х, твер6 дость сплава возросла íà 10X .

1094377

Та блица 1

Компонент

Содержание компонентов, мас.7

В известном сплаве состава

В предложенном сплаве состава

1 2 3 4 5

10,0 10,9

1,8 1,3

0,8 0,85

1,3 1,1

0,01 0,23

0,02 0,11 — 0,4 0,65

0,05 . 0,1

0,10 0,4

0,02 0 32

0,02 0,15

0 15 005

Осталь- Остальное ное

Остальное

Т а б л и ц а 2

Свойства

Сплав

Известный

Предложенный

1 2 3 . 4 5

Предел прочности кгс/мм ,при температуре:

20 С

150 . С

250 С

Гвердость НВ при:

20 С

150ОС

200 С

Коэффициент термического расширения (20-200 С) 10 град

31,4

26,9

21,0

28,0

24,1

18,0

32,0 31,8

28,0 27,1

20,8 22,9

33, 1 32,0

28,4 27,9

22,0 22,0

140 135

110 115

80 85

- 110

100,0

17 6 17 1 17 3 17 1

17,419,6

Техред JI..Îëèééûê Корректор С.Иевкун

Редактор С.Титова

Заказ 3084 Тираж 494, Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

Кремний

1 Медь

Никель

Магний

Марганец

Цирконий

Железо

Титан

Цинк

Хром

Ванадий

Молибден

Алюминий, 11,5 12,3

1,2 1,0

1,0 1,3

1,05 0,8

0,60 0,46

0,15 .0,2

0,7 0,71

0,14 0,22

0,5 0,8

0,21 0,4

0,09 0,11

0,01, 0,1

Осталь- Остальное ное

13,0

0,8

1,05

0,97

0,30

0,05

0,9

0,4

0,9

0,08

0,2

0,08

Остальное

11,0

1,5

1,0

0,95

0,4

0,1

0,8

0,1

0,6

0,1