PL180061B1

PL180061B1 - Method of heat treating casting aluminium alloys

Info

Publication number: PL180061B1
Application number: PL31647796A
Authority: PL
Inventors: Zdzislaw Poniewierski; Adam Rylski
Original assignee: Politechnika Lodzka; Politechnika Oeodzka
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2000-12-29
Also published as: PL316477A1

Abstract

1. Sposob obróbki cieplnej odlewniczych stopów aluminium przez przesycanie i starzenie, znamienny tym, że proces ^ir przesycania prowadzi się przez 2-6 godzin T’·*’ PL 180061 B1 po czym odlew poddaje się co najmniej trzykrotnemu cyklowi schładzanie - podgrzewanie w przedziale temperatur 550 - 793 K, przy czym odlew w temperaturach granicznych cyklu utrzymuje się przez 3 - 20 minut, po czym po szybkim schłodzeniu do temperatury 343 - 353 K odlew poddaje się starzeniu w znany sposób w czasie co najmniej 3 godzin.1. Method of heat treatment of foundry aluminum alloys by supersaturation and aging, characterized in that the process ^ and r supersaturation is carried out for 2-6 hours T ’*’ PL 180061 B1 after which the casting surrenders at least a threefold cooling-heating cycle in the temperature range of 550 - 793 K, cast at temperatures the cycle boundary is maintained through 3 - 20 minutes, then quickly cooled up to the temperature of 343 - 353 K cast is aged in a known manner in for at least 3 hours.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki cieplnej odlewniczych stopów aluminium, zwłaszcza siluminów przewidzianych do eksploatacji w warunkach dużych obciążeń cieplnych, charakterystycznych szczególnie dla pracy tłoków cylindrowych.The subject of the invention is a method of heat treatment of casting aluminum alloys, especially silumin intended for operation in conditions of high thermal loads, characteristic especially for the operation of cylinder pistons.

Dla zapewnienia trwałości tłoków cylindrowych oraz ich możliwie bezawaryjnej pracy podczas eksploatacji, powinny się one charakteryzować dobrymi własnościami mechanicznymi i stabilnością wymiarową. Jednym ze znanych i powszechnie stosowanych jest sposób obróbki cieplnej siluminów zawierających magnez i/lub miedź, polegający na: przesycaniu w temperaturze 753 - 793 K w czasie 3 - 8 godzin, kiedy to następuje ujednorodnienie i wzbogacenie roztworu stałego w krzem, magnez i/lub miedź, po czym po szybkim schłodzeniu w gorącej wodzie, odlew poddaje się starzeniu przez podgrzanie go do temperatury 438 - 508 K i utrzymywaniu w niej przez 5 - 25 godzin, kiedy to następuje częściowe wydzielanie faz metastabilnych lub równowagowych Mg₂Si i/lub Al₂Cu oraz krzemu. Drugi sposób polega na przeprowadzeniu jedynie starzenia odlewu w temperaturze 438 - 508 K w czasie 5-125 godzin. Niedogodnością obu metod jest to, iż dalsze wydzielanie wymienionych faz następuje już podczas eksploatacji, w warunkach obciążeń cieplnych, wywołując trwałą rozszerzalność eksploatowanego elementu, co z kolei może powodować przekroczenia dopuszczalnych odchyłek rozszerzalności trwałej i w konsekwencji może prowadzić do przedwczesnego zużycia elementu lub wywołać awarię układu, w którym element pracuje.In order to ensure the durability of cylinder pistons and their possible failure-free operation during operation, they should be characterized by good mechanical properties and dimensional stability. One of the known and commonly used is the method of heat treatment of silumin containing magnesium and / or copper, consisting in: supersaturation at a temperature of 753 - 793 K for 3 - 8 hours, when the solid solution is homogenized and enriched with silicon, magnesium and / or copper, then, after quenching in hot water, the casting is aged by heating it to a temperature of 438-508 K and holding it for 5-25 hours, during which there is a partial separation of metastable or equilibrium phases Mg ₂ Si and / or Al ₂ Cu and silicon. The second method consists only in aging the casting at 438-508 K for 5-125 hours. The disadvantage of both methods is that further separation of the mentioned phases takes place during operation, under thermal loads, causing permanent expansion of the used element, which in turn may result in exceeding the permissible permanent expansion deviations and, consequently, may lead to premature wear of the element or cause a system failure, in which the element works.

Znanym jest także dla polepszenia własności mechanicznych i jednoczesnego ograniczenia zjawiska rozszerzalności trwałej, modyfikowanie silumnów dodatkiem sodu, strontu lub antymonu. Również i ta metoda w sposób niewystarczający zmniejsza zjawisko trwałej rozszerzalności.It is also known to improve the mechanical properties and at the same time limit the phenomenon of permanent expansion, to modify the silumns by adding sodium, strontium or antimony. This method also insufficiently reduces the phenomenon of permanent expansion.

Z radzieckiego opisu patentowego nr 603 695 znany jest sposób polegający na przemiennym 8-12 -krotnym podgrzewaniu elementu do temperatury 807 - 825 K i chłodzeniu do temperatury 637 - 680 K.The Soviet patent specification No. 603 695 describes a method consisting in alternately heating the element 8-12 times to the temperature of 807 - 825 K and cooling it to the temperature of 637 - 680 K.

Metoda ta wpływa na podwyższenie własności wytrzymałościowych elementu, ale również nie eliminuje niestabilności wymiarowej w elemencie pracującym w temperaturze powyżej 373 K. Inny sposób obróbki cieplnej stopów aluminium, znany także z radzieckiego patentu nr 817 088, polega na 2 - 8 -krotnym cyklu przesycania, prowadzonym tak, iż jeden cykl przesycania trwa 15 - 25 minut, zaś każdorazowe schłodzenie następuje do temperatury otoczenia, po czym stop poddaje się starzeniu w temperaturze 533 K w czasie 1-1,5 godziny. Ten sposób wpływa korzystnie głównie na własności wytrzymałościowe odlewu.This method increases the strength properties of the element, but also does not eliminate dimensional instability in the element operating at a temperature above 373 K. Another method of heat treatment of aluminum alloys, also known from the Soviet patent No. 817 088, consists in a 2 - 8-times saturation cycle, conducted in such a way that one supersaturation cycle takes 15-25 minutes, with each cooling down to ambient temperature, after which the alloy is aged at 533 K for 1-1.5 hours. This method has a positive effect mainly on the strength properties of the casting.

180 061180 061

Tak więc znane metody obróbki cieplnej elementów ze stopów aluminium, zwłaszcza tłoków cylindrowych przeznaczonych do eksploatacji w podwyższonych temperaturach, nie zapewniają równoczesnego uzyskania dobrych własności mechanicznych i stabilności wymiarowej, to jest ograniczenia trwałych zmian wymiarowych w trakcie eksploatacji, powodowanych nie zakończonymi procesami wydzieleniowymi.Thus, known methods of heat treatment of elements made of aluminum alloys, especially cylinder pistons intended for operation at elevated temperatures, do not simultaneously achieve good mechanical properties and dimensional stability, i.e. limit permanent dimensional changes during operation caused by incomplete precipitation processes.

Nieoczekiwanie okazało się, iż prowadzenie obróbki cieplnej siluminów w taki sposób, że pomiędzy etapem przesycania i starzenia, wprowadza się etap pośredni, polegający na co najmniej trzykrotnym cyklu schładzanie - podgrzewanie w przedziale temperatur 550 - 793 K, umożliwia zwiększenie stabilności wymiarowej odlewu przy jednoczesnym zachowaniu jego dobrych własności wytrzymałościowych.Unexpectedly, it turned out that conducting the heat treatment of silumin in such a way that an intermediate stage is introduced between the supersaturation and aging stage, consisting in at least a three-time cooling-heating cycle in the temperature range of 550 - 793 K, it allows to increase the dimensional stability of the casting while maintaining its good strength properties.

Sposób obróbki cieplnej odlewniczych stopów aluminium przez przesycanie i starzenie według wynalazku polega na tym, iż proces przesycania prowadzi się przez 2-6 godzin, po czym odlew poddaje się co najmniej trzykrotnemu cyklowi schładzanie - podgrzewanie w przedziale temperatur 550 - 793 K, utrzymując odlew w temperaturach granicznych cyklu przez 3-20 minut, po czym po szybkim schłodzeniu do temperatury 343 - 353 K odlew poddaje się starzeniu znanym sposobem, w czasie co najmniej 3 godzin.The method of heat treatment of casting aluminum alloys by supersaturation and aging according to the invention consists in the fact that the supersaturation process is carried out for 2-6 hours, after which the casting is subjected to at least three cooling-heating cycles in the temperature range of 550-793 K, keeping the casting at the limits of the cycle for 3-20 minutes, and then, after cooling down rapidly to 343-353 K, the casting is aged in a known manner for at least 3 hours.

W rozwiązaniu alternatywnym sposobu według wynalazku po zakończeniu przesycania element przed poddaniem co najmniej trzykrotnemu cyklowi schładzanie - podgrzewanie, schładza się do temperatury 343 - 353 K.In an alternative solution of the method according to the invention, after the end of supersaturation, the element is cooled down to a temperature of 343 - 353 K before it is subjected to at least three cooling-heating cycles.

Sposób według wynalazku w przypadku odlewniczych stopów aluminium, przeznaczonych zwłaszcza na tłoki umożliwia znaczne przyspieszenie procesów wydzieleniowych powodujących rozszerzalność trwałą. Tym samym zmiany wymiarowe odlewu wykonanego sposobem według wynalazku po zamontowaniu go w układzie, w którym ma być użytkowany są minimalne, a to w zasadniczy sposób wpływa na efektywną i bezawaryjną pracę tego układu.The method according to the invention, in the case of aluminum casting alloys, especially intended for pistons, enables a significant acceleration of precipitation processes causing permanent expansion. Thus, the dimensional changes of the casting made with the method according to the invention after mounting it in the system in which it is to be used are minimal, and this significantly affects the effective and failure-free operation of this system.

Wynalazek został przedstawiony w poniżej zamieszczonych przykładach wykonania, zilustrowanych rysunkiem, na którym linia „1” odpowiada procesowi według wynalazku, zaś linia „2” - znanym sposobom obróbki odlewniczych stopów aluminium.The invention is illustrated in the following examples, illustrated in the drawing, in which line "1" corresponds to the process according to the invention, and line "2" corresponds to known methods of treating cast aluminum alloys.

Przykład I. Walec o średnicy 7 mm i długości 30 mm poddano przesycaniu w czasie 3,9 godzin w temperaturze 785 - 790 K, po czym, po schłodzeniu do temperatury 550 K i utrzymaniu w tej temperaturze przez 12 minut podgrzano go do temperatury 790 K, utrzymując go w niej przez 16 minut. Następnie cykl powtórzono jeszcze dwukrotnie, po czym odlew szybko schłodzono do temperatury 343 - 353 K, a następnie poddano starzeniu w znany sposób w ciągu 4,5 godzin. Pomiary wykazały, iż osiągnięcie zmian wymiarowych, które zwykle występują po co najmniej 60 godzinach eksploatacji wystąpiło już po niepełnych 7 godzinach obejmujących cykl schładzanie - podgrzewanie i starzenie.Example I. A cylinder with a diameter of 7 mm and a length of 30 mm was subjected to supersaturation for 3.9 hours at a temperature of 785 - 790 K, and then, after cooling to a temperature of 550 K and keeping it at that temperature for 12 minutes, it was heated to a temperature of 790 K by keeping it there for 16 minutes. The cycle was then repeated twice more, after which the casting was quickly cooled to 343-353 K and then aged in a known manner for 4.5 hours. Measurements showed that the achievement of dimensional changes, which usually occur after at least 60 hours of operation, occurred after only less than 7 hours, including the cooling-heating-up and aging cycle.

Przykład II. Walec jak w przykładzie I po przesyceniu, schłodzono do temperatury 343 - 353 K, po czym podgrzano do temperatury 556 K i utrzymywano w niej przez 7 minut, dalej podgrzano do temperatury 792 K i utrzymywano w tej temperaturze przez 18 minut. Następnie cykl schładzanie - podgrzewanie dla takich samych warunków temperaturowych powtórzono jeszcze trzykrotnie i na koniec element szybko schłodzono do temperatury 343 - 353 K i poddano starzeniu przez 5 godzin. Otrzymane wyniki pomiarów zmian wymiarowych elementu wykazały, iż nastąpiły zmiany odpowiadające zmianom zwykle zachodzącym po co najmniej 60 godzinach eksploatacji w elementach obrabianych znanymi sposobami.Example II. The cylinder, as in example 1, after supersaturation, was cooled to the temperature of 343 - 353 K, then heated to the temperature of 556 K and kept there for 7 minutes, further heated to the temperature of 792 K and kept at this temperature for 18 minutes. Then, the cooling-heating cycle for the same temperature conditions was repeated three more times and finally the element was quickly cooled to the temperature of 343 - 353 K and aged for 5 hours. The obtained results of measurements of dimensional changes of the element showed that there were changes corresponding to changes usually occurring after at least 60 hours of operation in elements processed by known methods.

180 061180 061

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 60 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. A method of heat treatment of casting aluminum alloys by supersaturation and aging, characterized in that the supersaturation process is carried out for 2-6 hours and then the casting is subjected to at least three cooling-heating cycles in the temperature range of 550 - 793 K, while the casting is at the limits of the cycle, the casting is maintained for 3-20 minutes, after which, after cooling rapidly to 343-353 K, the casting is aged in a known manner for at least 3 hours.

2. The method according to p. 3. The process of claim 1, wherein the casting, after supersaturation, is cooled to a temperature not lower than 550 K.

3. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that after supersaturation, the casting is cooled down to the temperature of 343 - 353 K.