Литейный сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к литейным сплавам на основе алюминия предназначенным для применения в качестве конструкционного материала. Сплав содержит, мас.%: медь 4,5-5,5; кремний 1,2-2,5; кадмий 0,05-0,15; цинк 0,3-0,5; иттрий 0,03-0,25; титан 0,05-0,2; цирконий 0,05-0,2; алюминий - остальное. Свойства сплава следующие: предел прочности 44,0-47,0 кгс/мм² относительное удлинение 7,0-9,0% ; ударная вязкость 1,0-1,2 кгс/мм² ; горячеломкость 5,0 7,5 мм; жидкотекучесть 420-450 мм. 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к сплавам для фасонного литья на основе алюминия, и может быть использовано во всех отраслях машиностроения для изготовления литых деталей, сочетающих повышенную прочность и технологичность.

Литейные сплавы системы алюминий-медь являются высокопрочными, они сочетают высокую прочность и пластичность. Так, например, литейный сплав на основе алюминия состава, мас. % : медь 4,5-5,1; марганец 0,35-0,8; титан 0,15-0,35; кадмий 0,07-0,25, остальное - алюминий, имеет высокую прочность σ_в-40 кгс/мм², удлинение 7%, но пониженные технологические свойства. Горячеломкость 27,5 мм.

Литейный сплав на основе алюминия АЛ-34 состава, мас.%: кремний 6,5-8,5; медь 1,5-2,5; бериллий 0,15-0,4; титан 0,1-0,3; бор 0,001-0,003, алюминий - остальное, имеет низкую прочность σ_в 30 кгс/мм², удлинение 2% и удовлетворительные технологические свойства - горячеломкость 5 мм. За прототип (базовый объект) принят литейный сплав на основе алюминия состава, мас.%: медь 4,5-5,0; кремний 0,3-0,9; марганец 0,2-1,1; цирконий 0,05-0,25; кадмий 0,15-0,25; хром 0,01-0,15; церий 0,01-0,15; бериллий 0,001-0,2; алюминий - остальное.

Недостатками прототипа является низкая технологичность и недостаточно высокие механические свойства.

Задача изобретения - повышение механических и технологических свойств.

Для этого литейный сплав на основе алюминия, включающий кремний, медь, титан, цирконий, кадмий, дополнительно содержит цинк, иттрий, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 4,5-5,5; кремний 1,2-2,5; кадмий 0,05-0,15; цинк 0,3-0,5; иттрий 0,03-0,25; титан 0,05-0,2; цирконий 0,05-0,2 алюминий - остальное.

Действие циркония и титана - модификаторов 1 рода эффективно в образовании дополнительных центров кристаллизации в виде соединений Al-Zr, Al-Ti. В присутствии таких соединений измельчается зерно твердого раствора и не происходит образования крупногабаритных вторых фаз по его границам, а следовательно, снижения прочности и пластичности. Цинк входит в фазу с медью и способствует ее полному переводу в твердый раствор при нагреве под закалку. Кадмий интенсифицирует процесс старения α - твердого раствора. Высокие технологические свойства достигаются образованием эвтектики α + CuAl₂+ Si при содержании кремния выше 1%. Горячеломкость (первая трещина при ширине кольца) 5,0-7,5 мм, жидкотекучесть 420-450 мм, при этом необходимая пластичность гарантируется введением иттрия в качестве добавки модифицирующей кремний. В литературе неизвестно влияние цинка, иттрия на повышение механических и технологических свойств.

Приготовление сплава проводилось в электропечах емкостью до 60 кг. Сплав рафинировался при 720^оС MnCl₂ в количестве 0,15%. Модифицировался фторцирконатом калия при 750^оС в количестве 0,5%. Для определения механических свойств отливались образцы диаметром 12 мм. Химический состав сплавов и механические свойства приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

Из табл. 2 следует, что прочность предлагаемого сплава возрастает на 15%, ударная вязкость повышается в 2-3 раза, малоцикловая усталость - в 1,5 раза.

Формула изобретения

ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий медь, кремний, кадмий, титан и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цинк и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Медь - 4,5 - 5,5 Кремний - 1,2 - 2,5 Кадмий - 0,05 - 0,15 Цинк - 0,3 - 0,5 Иттрий - 0,03 - 0,25 Титан - 0,05 - 0,20 Цирконий - 0,05 - 0,200 Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2