Литейный сплав на основе алюминия
Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в качестве высоконагруженных конструкционных материалов при производстве литых деталей в различных изделиях машиностроения. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: медь 4,5-6,0, марганец 0,4-0,8, титан 0,1-0,3, кадмий 0,1-0,25, цирконий 0,05-0,2, индий 0,005-0,12, висмут 0,1-0,4, железо 0,05-0,15, алюминий – остальное. Техническим результатом изобретения является создание сплава, обладающего повышенными значениями временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в качестве высоконагруженных конструкционных материалов при производстве литых деталей в различных изделиях машиностроения.
Известен алюминиевый сплав для отливок (патент US №5989495 А, кл. С 22 С 21/08 от 23.11.99), содержащий, мас.%: железо 0,0005-0,01; кремний 0,0005-0,01; медь 2,5-6,5; магний 0,1-0,5; марганец 0,001-0,4; титан 0,1-0,5; серебро 0,2-1,2; бор 0,002-0,01; другие компоненты – не более 0,01; алюминий - остальное.
Недостатком сплава являются недостаточно высокие механические свойства и наличие в его составе драгоценного металла - серебра.
Известен также сплав на основе алюминия (патент RU №678889, МПК 7 С 22 С 21/12, 05.01.1983), взятый за прототип, имеющий химический состав, мас.%: медь 3,5-6,0; марганец 0,2-1,2; титан 0,1-0,4; кадмий 0,01-0,2; иттрий 0,01-0,2; цирконий 0,05-0,35; индий 0,001-0,05; алюминий - остальное.
Данный сплав обладает при литье в кокиль высокими механическими свойствами (σв=52-56 кгс/мм2, β=4-8%). Однако, как показали испытания, этот сплав характеризуется низкой коррозионной стойкостью под напряжением: сплав растрескивается при напряжении 0,2-0,3 от предела текучести.
Решаемой задачей изобретения является создание литейного сплава на основе алюминия, имеющего высокие механические свойства (σв не ниже 48 кгс/мм2) в сочетании с высокой коррозионной стойкостью при напряжении (не менее 0,75 от предела текучести).
Для достижения поставленной задачи в литейный сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, титан, кадмий, цирконий и индий, дополнительно введены висмут и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
медь 4,5-6,0
марганец 0,4-0,8
титан 0,1-0,3
кадмий 0,1-0,25
цирконий 0,05-0,2
индий 0,005-0,12
висмут 0,1-0,4
железо 0,05-0,15
алюминий остальное
Химический состав и свойства исследуемых сплавов приведены в табл.1 и 2.
Предлагаемый сплав (№№1, 2, 3), сплавы запредельного состава (№№4, 5) и сплав-прототип (№6) выплавлялись в электрической печи сопротивления в графито-шамотовом тигле. Из приготовленных сплавов при температуре 720-730°С отливались в кокиль (металлическую форму) заготовки под образцы для определения механических свойств и коррозионной стойкости под напряжением.
Отлитые заготовки термически обрабатывались по режиму: трехступенчатый нагрев под закалку 490±5°С (6 часов) + 500±5°С (9 часов) + 540±5°С (6 часов), закалка в воде с температурой 20-30°С, искусственное старение при температуре 175±5°С (7 часов), охлаждение на воздухе.
Механические свойства определялись на образцах диаметром 6 мм в соответствии с ГОСТ 1497, коррозионная стойкость оценивалась на образцах диаметром 6 мм в соответствии с ГОСТ 9.019.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Сплав | № | Содержание компонентов, масс.% | |||||||||
| Состава | Сu | Mn | Ti | Cd | Zr | In | Bi | Fe | Y | Аl | |
| Предложенный | 1 | 4,5 | 0,4 | 0,1 | 0,1 | 0,05 | 0,005 | 0,1 | 0,05 | - | Ост. |
| 2 | 5,2 | 0,6 | 0,2 | 0,18 | 0,12 | 0,08 | 0,25 | 0,1 | - | Ост. | |
| 3 | 6,0 | 0,8 | 0,3 | 0,25 | 0,2 | 0,12 | 0,4 | 0,15 | - | Ост. | |
| Запредельный | 4 | 4,0 | 0,2 | 0,05 | 0,05 | 0,01 | 0,001 | 0,05 | 0,02 | - | Ост. |
| 5 | 6,5 | 1,0 | 0,35 | 0,3 | 0,25 | 0,15 | 0,45 | 0,2 | - | Ост. | |
| Прототип | 6 | 5,0 | 0,7 | 0,25 | 0,1 | 0,25 | 0,02 | - | - | 0,1 | Oст. |
| Таблица 2 | |||||||||||
| Сплав | Механические свойства | Максимальное напряжение, при котором нет растрескивания образцов (на базе 45 суток) | |||||||||
| Временное сопротивление, σв, кгс/мм2 | Предел текучести, σ0,2, кгс/мм2 | Относительное удлинение, δ, % | |||||||||
| 1 2 3 | 49,1 50,4 52,6 | 41,6 43,8 45,7 | 9,6 8,2 5,3 | 0,9 σ0,2 0,9 σ0,2 0,9 σ0,2 | |||||||
| 4 5 | 45,4 51,7 | 40,3 47,4 | 12,1 4,0 | 0,9 σ0,2 0,75 σ0,2 | |||||||
| 6 | 52,3-53,8 | 43,1-44,6 | 4,9-5,1 | 0,2-0,3 σ0,2 |
Предложенный сплав сопоставим по механическим свойствам с прототипом, но значительно превосходит его по коррозионной стойкости под напряжением.
Высокий уровень механических свойств в сочетании с высокой коррозионной стойкостью под напряжением предложенного сплава позволяют рекомендовать его к применению в нагруженных конструкциях, испытывающих воздействие коррозионной среды.
Литейный сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, титан, кадмий, цирконий и индий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит висмут и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медь 4,5-6,0
Марганец 0,4-0,8
Титан 0,1-0,3
Кадмий 0,1-0,25
Цирконий 0,05-0,2
Индий 0,005-0,12
Висмут 0,1-0,4
Железо 0,05-0,15
Алюминий Остальное
