Литейный сплав на основе алюминия

)5 С 22 С 21/01 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) а, Сп ,0; ме 0,7; и ныйи - 0,5;05; х иний ного крем 1,0; мета цирк нади 0,01 спла материа ний 8,5-1 титан 0,1 лл, выбра оний 0,0 й 0,01-0 - 0,4; алю ва след 31В.ГаврВ.Куан ин, А.В.Савоцов, Н.Р,Никиельство ССС21/04, 1963АВ НА ОСН щи 22 01 оо=100 МПа, гт2 табл. носится к цветной мек легким материалам иацион но-космической аслях народного хозяйзначения прочностных комнатной и повышенературах в сочетании с ностью имеют сплавы1-Я-М 9-СЦ,ния является повыше- комнатной и повышенше уровня известного рототип.указанной цели литейе алюминия, содержа- , титан. дополнительноиз группы: цирконий, м, сурьма (содержание енено) при следующем нентов в весовых %: 8,5 - 15,00,5-5,50,2-1,00,1-0,7 металл бра ний и; НикельВанадийХромСурьмаАлюмин ий чного и в основу следую ие ных енее 5% дью и аленепень и ста- фазо 4 Си 4) плот- зерен(57) Литейный сплавИзобретение относивам на основе алюмидля применения в к Изобретение отталлургии, а именнодля применения в автехнике и других отрства, Самые высокиехарактеристик приных (до 250 С) темпхорошей технологина основе системы АЦелью изобретение прочности приных температур, вьсплава, взятого за иДля достиженияный сплав на основщий кремний, медьлегирован металломникель, ванадий, хрокремния и меди измсоотношении компоКремнийМедьМагнийТитан на основе алюминия, ся к литейным сплаия, предназначенным честве конструкционлав содержит, мас.%: дь 0,5-5,5; магний 0,1 - о крайней мере один з группы, содержащейникель 0,01 - 1,0; варом 0,01 - 0,5; сурьма - остальное, Свойства е: ств = 380-450 МПа; с 250 С= 150 МПа. О 1 оо о 0 Со = 35 МПа; НВ - 120 - 130. ныи из группы, содержа0,01 - 0.50,01 - 1,00,01 - 0,50,01 - 0,50,01 - 0,4Остал ьно Для получения высокопроропрочного литейного сплаваработки были положенысоображения:- для обеспесвойств сплав до8% кремния;- двойной сплав, содержащий 8кремния, необходимо легировать мемагнием в соотношениях, чтобы в закном состоянии обеспечить высокую стпересыщения твердого раствора, а пррении - многоступенчатый процессвых превращений: СцА 12 и УУ(АхМ 9 БЯкоторые могли бы создать высокуюность микрогетерогенности внутри чения высоких лителжен содержать не м5 10 15 20 30 45 50 55 твердого раствора, что обуславливает высокие прочностные характеристики сплаву;- для торможения движения дислокаций границы зерен необходимо блокировать сравнительно плотно прилегающими к . периферийным зонам зерен твердого раствора частицами вторых фаз, Кроме того, следует предусмотреть модифицирующие добавки Ег, Т 1 и др, для создания мелкозернистой структуры сплава. что дополнительно способствует повышению их прочности и пластичности.Исследование показало, что содержание кремния в сплаве должно быть 8,5 - 15,0 О. Зто обеспечивает высокие литейные свойства и меньшую склонность к образованию пористости горячих трещин. Кремний с алюминием не образует химических соединений и присутствует в виде отдельных первичных включений в заэвтектических сплавов, а также входит в состав двойной эвтектики +Я 1 с температурой плавления 577 С. количество которой увеличивается с повышением содержания кремния до 11,7 оь, Если детали из сплава длительно работают при высоких температурах, содержание кремния следует поддерживать на нижнем уровне. Сплав с содержанием кремния ниже 8,5 приводит к резкому сникению литейных свойств сплава, а увеличение содержания выше 15,0% приводит к сникению жаропрочности сплава.Для увеличения каропрочности (в интервале рабочих температур 200-300 С:) сплава в него вводят медь в количестве от 0,5 до 5,5%. Исходя из тройной диаграммы состояния сплавов системы А 1-Я 1-Со доказано, что в этой системе нет тройных соединений, а фазы СцА 12 и Я 1 образуют тройную эвтектикус температурой плавления 525 С. Изотермы совместной растворимости меди и кремния в алюминии показывают, что в тройном-твердом растворе может содержаться достаточно большое количество меди до 5,5;4), что должно способствовать упрочнению сплава при термической обработке, С повышением содержания меди структура сплава системы А 1-Я 1-Со становится более гетерогенной, что обуславливает повышенную (по сравнению с другими силуминами) каропрочность. Однако, по мере увеличения количества меди (более 5,5;4) сплав становится более хрупким, Если детали из сплава предназначены для работы при высоких температурах, содержание меди должно быть на верхнем пределе, если при комнатной температуре, нона нижнем (нп).Для повышения механических свойств сплава в него вводят магний в количестве 0,1 - 1,0. Магний с кремнием образуют упрочняющую фазу МцгЯ 1, которая кристаллизуется в мелкодисперсной форме. Растворимость Мд 2 Я 1 в твердом алюминии очень мала не более 0,1 Я при комнатной температуре и 1,5 О при температуре закалки, Однако, процесс старения протекает медленно и стадийно (ЗГП -р-р), и частицы МуЯ 1 выделяются в мелкодисперсной форме; вследствие этого прочность сплава значительно увеличивается, При содержании магния менее 0,1 оь снижается предел прочности и текучести, а при увеличении более 1,0 оь происходит снижение пластичности сплава,Легирование сплава титаном в количе. стве 0,1-0,7 О приводит к повышению предела прочности и относительного удлинения, Титан образует с алюминием фазу А 1 зТ 1, частицы которой являются центрамикристаллизации, измельчают зерно, твердого раствора, повышая тем самым механические свойства сплава. При содержании титана более 0,7 фаза А 1 зТ 1 укрупняется и появляется в виде крупных частиц, вызывая охрупчивание сплава, При содержании титана менее 0,1 О эффект модифицирования отсутствует,Цирконий, как элемент переходнойгруппы, склонен к образованию в процессекристаллизации пересыщенного твердого раствора в алюминии, устойчивого при повышенных температурах, а также оказывает значйтельный модифицирующий эффект наструктуру сплава. Цирконий образует с алюминием двойное соединение А 1 зЕг, не образуя сложных соединений с кремнием и медью и не обедняют тем самым твердый раствор, Ультрадисперсные частицы интер- металлического соединения А 1 зЕг являютсядополнительными центрами кристаллизации, Цирконий в количестве 0,01-0,5 О способствует повышению предела прочности и относительного удлинения при комнатной идлительной прочности при повышенных температурах, Увеличение содержания циркония выше 0.5 О снижает механические свойства сплава из-за образования избыточного количества фазы А 1 зЕг,Легирования сплава элементами с низким коэффициентом диффузии (медь, никель, ванадий, хром) способствует образованию в условиях большой скорости кристаллизации пересыщенного твердого раствора, устойчивого при повышенных температурах, Кроме того, частицы вторыхфаз (А 1 кМц 5 ЯИСоа, А 16 СозМ и др.), которыемало взаимодействуют с твердым раствором, блокируют зерна и укрепляют из границы, поэтому каропрочность предлагаемого18364 к Таблица 1 Про ние табл. сплава выше, чем у прототипа, Но при содержании никеля, хрома, ванадия менее 0,01; увеличение жаропрочности незначительное, а при содержании никеля более 1,0;ванадия и хоома более 0,5 происходит резкое снижение механических свойств при комнатной температуре.Введение в сплав сурьмы, являющейся эффективным модификатором эвтектики А)-Р, увеличивает прочностные хаоактеристики сплава при комнатной температуре. Содержание сурьмы менее 0,005 не дает заметного модифицирующего эффекта. а увеличение содержания более 0,3 не дает увеличения прочностных характеристик.Химический состав и свойства исследованных сплавов приводится в табл.1,2.Как видно из табл.2 предлагаемый способ в сравнении с прототипом имеет более высокие значения механических свойств (предел прочности на 30 , относительное удлинение на 50 и жаропрочность на 40 )Плавки массой 30 кг проводили в тигельных печах электросопротивления. Исследование механических свойств проводились в термообработанном состоянии на стандартных образцах 010 мм, выточенных из кокильных заготовок и образцах Я 12 мм, отлитых в песчаные формы.Анализ приведенных данных показывает, что представленный сплав имеет высокие механические свойства при комнатной температу а при повышенных темп, агу рах (250-350 С) с.ойства сплава на 3)" превышает аналс чные значения систьл5 А,Предлагае. г -. ;ав з основе алюминия найдет прик еение в:;ачестве высокгпрочного и жаропрочного; атериала. 10 Форм, ла изобретенияЛитейный сплав на основе алюминиясодержащий кремний, медь, магний и ти 18 н, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цел к.повышения механических свойств пои ком 15 натной и повышенной температурах, он до.полнительно содержит по крайней мере один металл, выбранный из гоупг.ы, содержащей цирконий, никель, ванадихрам и сурьму при следующем соотношении ком понентов,мас, :Кремний 8,5 - 15.0Медь 0,5-5,5Магний 0.1 - 1,0Титан . 0,1 - 0,725 по крайней мере, один металл, выбранныйиз группы, содержащий;Цирконий 0,01 - 0,5Никель 0,01-1,0Ванадий 0,01 - 0,530 Хром 0,01 - 0,5Сурьма 0,01-0,4Алюмин;й Остальноеаказ 3010 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ГКНТ ССС водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 Редактор Е. Полионова Т Корректор М. Самборск