Сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала. Сплав содержит, мас.%: магний 1,1 - 1,5; кремний 1,2 - 1,6; титан не более 0,15; хром 0,15 - 0,35; цирконий 0,03 - 0,10; марганец не более 0,1; медь не более 0,1; цинк не более 0,02; железо не более 0,05; бериллий 0,0002 - 0,002; алюминий - остальное, причем соотношение содержания магния и кремния составляет 0,7 - 1,0. Свойства сплава следующие: предел прочности 360 - 380 МПа, предел текучестви 314 - 330 МПа, относительное удлинение 8,8 - 12,8%. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов, предназначенных, в частности, для получения штамповок колес автомобилей.

Известен сплав системы Al-Mg-Si, содержащий, мас.%: Магний 0,45-0,7 Кремний 0,4-0,6 Марганец 0,01-0,15 Медь 0,04-0,14 Бериллий 0,035-0,007 Титан 0,025-0,05 Железо 0,01-0,15 Алюминий Остальное (авт.св. СССР N 788805, кл. С 22 С 21/16, 1980).

Недостатком известного сплава является низкая прочность после закалки: предел прочности σ_в≅30 кгс/мм².

Другим недостатком сплава является то, что при содержании меди более 0,1% резко снижается коррозионная стойкость металла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату [1] является сплав марки АД35, выбранный в качестве прототипа, содержащий, мас.%: Магний 0,8-1,4 Кремний 0,8-1,2 Марганец 0,5-0,9 Титан Не более 0,15 Медь Не более 0,1 Цинк Не более 0,2 Железо Не более 0,5 Недостатком указанного сплава является низкий уровень прочности после термообработки: предел прочности σ_в≅33 кг/мм², σ_0,2 = 28 кг/мм², δ= 10%.

Целью изобретения является повышение прочностных свойств при сохранении высокой коррозионной стойкости сплава и технологической пластичности при формообразовании.

Это достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, титан, медь, марганец, цинк, железо, дополнительно содержит хром, цирконий, бериллий при следующем содержании компонентов, мас.%: Магний 1,1-1,5 Кремний 1,2-1,6 Титан Не более 0,15 Хром 0,15-0,35 Цирконий 0,03-0,10 Марганец Не более 0,1 Мед Не более 0,1 Цинк Не более 0,2 Железо Не более 0,5 Бериллий 0,0002-0,002 Алюминий Остальное, причем соотношение содержания Mg:Si составляет 0,7-1,0.

Процентное содержание магния 1,1-1,5 мас.% обусловлено областью максимального эффекта упрочнения после закалки и искусственного старения у деформируемых сплавов в концентрационном треугольнике тройной системы Al-Mg-Si.

При содержании магния меньше 1,1 и больше 1,5 мас.% эффект термической обработки снижается на 2-4 кг/мм².

Процентное содержание кремния в интервале 1,2-1,6 мас.% также обусловлено областью максимального эффекта упрочнения.

При содержании кремния меньше 1,2 мас.% происходит потеря прочности до 3 кг/мм².

При содержании кремния более 1,6 мас.% эффект упрочнения также снижается. Кроме того, снижается пластичность сплава.

Регламентация соотношения магния и кремния в пределах 0,7-1,0 обеспечивает достижение оптимального уровня прочности при хорошей коррозионной стойкости.

Соотношение Mg:Si = 0,7 позволяет обеспечить небольшое превышение кремния, положительно влияющее на прочностные свойства без заметного ущерба для коррозионных свойств, которые снижаются при избытке кремния над магнием в сплавах этой системы. Большее превышение кремния над содержанием магния приводит к ухудшению коррозионной стойкости.

Соотношение Mg:Si больше 1,0 приводит к избытку магния, который снижает эффект упрочнения и понижает способность к формообразованию.

Введение хрома в количестве 0,15-0,35 мас.% способствует повышению прочности, извлечению структуры зерна при рекристаллизации, нейтрализации вредного воздействия железа за счет абсорбционных процессов, взаимодействию с избытком кремния для уменьшения его отрицательного влияния на коррозионную стойкость.

Добавка хрома менее 0,15 мас.% не оказывает заметного эффекта на упрочнение. При содержании хрома более 0,35 мас.% происходит появление хрупких фаз, снижающих пластичность.

Введение циркония в количестве 0,03-0,1 мас.% способствует снижению охрупчивания при высокотемпературном прессовании, которое рекомендуется для сплавов системы Al-Mg-Si с целью устранения роста зерна при нагреве и повышения прочности. Содержание циркония менее 0,03 мас.% является неэффективным, при содержании циркония более 0,1 мас.% возможно образование хрупких интерметаллидов.

Введение бериллия в алюминиевые сплавы, легированные магнием, способствует уменьшению окисления расплава, улучшению жидкотекучести при формообразовании поверхности слитка. Кроме того, бериллий выполняет роль модификатора, воздействуя на поверхность зародышевых фаз кристаллизации.

Содержание бериллия в пределах 0,0002-0,002 мас.% выбрано исходя из достаточности незначительной присадки для достижения получаемого эффекта. Бериллий в таких пределах не влияет на коррозионную стойкость алюминиевых сплавов.

Содержание марганца не более 0,1 мас.% обусловлено тем, что марганец заметно ликвирует, приводит к анизотропии свойств.

Введение титана в количестве не более 0,15 мас.% способствует измельчению структуры при литье слитков, более 0,15 мас.% приводит к образованию нежелательных хрупких фаз.

Присутствие меди в сплаве Al-Mg-Si приводит к ухудшению коррозионных свойств, поэтому ограничивается пределом не более 0,1 мас.%.

В сплавах системы Al-Mg₂-Si цинк находится в твердом растворе. Сдвигая потенциал сплава в отрицательную сторону, цинк в небольших количествах практически не оказывает влияния на снижение коррозионной стойкости. Учитывая изложенное, содержание примесей цинка в предлагаемом коррозионностойком сплаве ограничивается только сверху - не более 0,2 мас.%.

Железо является нежелательной примесью, хотя при содержании железа около 0,2 мас.% оно задерживает рост зерна. Железо вводится в сплав не специально, а является одним из компонентов технических сортов алюминия, используемого для литья слитков.

П р и м е р. Сплавы с различным содержанием компонентов готовили в пламенной печи емкостью 1000 кг. В качестве шихты использовали чушковый алюминий марки А-8, чушковый магний марки МГ90, силумин марки АК1204, лигатуры: магний-цирконий, алюминий-хром, алюминий-титан, алюминий-бериллий. Затем расплав сливали в миксер при температуре 740^оС и отливали слитки диаметром 172 мм, при этом скорость литья выдерживали в пределах 90 мм/мин. После охлаждения слитка проходили обточку, разрезку и гомогенизацию при температуре 475-505^оС в течение 6 ч. Всего было приготовлено семь сплавов, химический состав которых приведен в табл.1. Для сравнения отливали известный сплав АД35 среднего химического состава.

Из заготовок диаметром 155 х 320 мм изготавливали штамповки колес легкового автомобиля (ВАЗ 2108) методом горячей деформации на гидропрессе усилием 10 тыс.тс. Штамповки проходили термообработку по режиму: закалка, температура 525±5^оС, выдержка 60 мин, охлаждение в воде, старение 165± 5^оС, выдержка 12 ч.

Далее испытывали механические свойства образцов колесных штамповок из предлагаемого и известного сплавов. Образцы вырезали из наружной реборды колеса. Результаты представлены в табл.2.

Также изготавливали стандартные образцы для сравнения коррозионной стойкости. Испытания проводили в водном растворе, содержащем 3%-ный хлористый натрий (NaCl) и 1%-ную соляную кислоту (HCl), при 18-25^оС в течение 24 ч (ГОСТ 9021-74).

Результаты испытаний также представлены в табл.2.

Как видно из таблицы, уровень механических свойств предлагаемого сплава по сравнению с известным выше: по пределу прочности ( σ_В) на 3,8-4,0 кгс/мм²; по пределу текучести ( σ_0,2) на 4,1-4,7 кгс/мм².

Испытания стандартных образцов на коррозионную стойкость показывают, что коррозионная стойкость предлагаемого сплава не ниже коррозионной стойкости образцов из известного сплава АД35. Кроме того, опытный сплав с содержанием меди 0,15 мас.% (N 5) кроме межкристаллитной коррозии показал питтинговое поражение, что связано с повышенным содержанием в сплаве меди и кремния.

Технико-экономические преимущества предлагаемого сплава в сравнении с прототипом обусловлены тем, что автомобильные колеса, изготовленные из этого сплава, обладают большой прочностью и высокой коррозионной стойкостью, позволяющие изготавливать колеса меньшей массой и без специального покрытия, предохраняющего колеса от коррозии.

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий магний, кремний, титан, марганец, медь, цинк и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств при сохранении высокой коррозионной стойкости сплава и технологической пластичности при формообразовании, он дополнительно содержит хром, цирконий и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Магний 1,1 - 1,5 Кремний 1,2 - 1,6 Титан Не более 0,15 Хром 0,15 - 0,35 Цирконий 0,03 - 0,10
Марганец Не более 0,1
Медь Не более 0,1
Цинк не более 0,2
Железо не более 0,5
Бериллий 0,0002 - 0,002
Алюминий Остальное
причем соотношение содержания магния и кремния составляет 0,7 - 1,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2