RU2339721C1

RU2339721C1 - Castable alloy on basis of aluminum

Info

Publication number: RU2339721C1
Application number: RU2007115646/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Анатольевич Алов (RU); Виктор Анатольевич Алов; Михаил Иванович Карпенко (BY); Михаил Иванович Карпенко; Олег Модестович Епархин (RU); Олег Модестович Епархин; нов Иль Николаевич Купри (RU); Илья Николаевич Куприянов; Александр Николаевич Попков (RU); Александр Николаевич Попков
Original assignee: Ярославский государственный технический университет
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-11-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns metallurgy of castable alloys based on aluminum used for manufacturing of details with high volume of mechanical operation, operating at high temperatures. Alloy contains components in following ratio, wt %: silicon 8.5-12.0, copper 1.2-4.5, zinc 0.2-1.5, magnesium 0.1-1.4, titanium 0.02-0.2, nickel 0.02-0.3, manganese 0.1-0.6, iron 0.2-1.0, antimony 0.05-0.25, nitrogen 0.02-0.15, aluminum is the rest. It is received alloy with increased processing characteristics, such as durability, hardness, endurance, coefficient of thermal expansion.

EFFECT: receiving of alloy with increased processing characteristics, such as durability, hardness, endurance, coefficient of thermal expansion.

2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов, используемых для изготовления деталей с большим объемом механической обработки, работающих при высоких температурах.The invention relates to the metallurgy of cast alloys used for the manufacture of parts with a large volume of machining operating at high temperatures.

Известны литейные сплавы марок АЛ5 и АЛ9 по ГОСТ 2685-85, применяемые для изготовления отливок способом литья в кокиль и под давлением с большим объемом механической обработки. Однако технологические свойства этих сплавов, такие как трещиностойкость и обрабатываемость резанием, недостаточны.Known casting alloys of the grades AL5 and AL9 according to GOST 2685-85, used for the manufacture of castings by casting in a chill mold and under pressure with a large volume of machining. However, the technological properties of these alloys, such as crack resistance and machinability, are insufficient.

Наиболее близким к предложенному по достигаемому эффекту является литейный сплав на основе алюминия (А.с. СССР №805643, С22С 21/04, 1986), содержащий, мас.%:Closest to the proposed effect achieved is a casting alloy based on aluminum (AS USSR No. 805643, C22C 21/04, 1986), containing, wt.%:

КремнийSilicon 10,0-12,010.0-12.0 МедьCopper 0,8-1,80.8-1.8 НикельNickel 0,8-1,30.8-1.3 МагнийMagnesium 0,8-1,30.8-1.3 МарганецManganese 0,2-0,60.2-0.6 ЖелезоIron 0,4-0,90.4-0.9 ТитанTitanium 0,05-0,40.05-0.4 ЦинкZinc 0,21-0,90.21-0.9 ЦирконийZirconium 0,02-0,20.02-0.2 ВанадийVanadium 0,02-0,20.02-0.2 АлюминийAluminum ОстальноеRest

Известный сплав обладает следующими свойствами: предел прочности при температуре 20°С составляет 25,0-30,1 кГс/мм², а при температуре 250°С - 19,8-22,0 кГс/мм². Твердость при температуре 20°С составляет 100-125 НВ, а при температуре 250°С - 70-85 НВ. При литье данного сплава отмечаются несоответствие структуры 11-15% и пористость. Также отмечаются недостаточные технологические свойства.The known alloy has the following properties: tensile strength at a temperature of 20 ° C is 25.0-30.1 kgf / mm ² , and at a temperature of 250 ° C - 19.8-22.0 kgf / mm ² . Hardness at a temperature of 20 ° C is 100-125 HB, and at a temperature of 250 ° C - 70-85 HB. When casting this alloy, a structural inconsistency of 11-15% and porosity are noted. Insufficient technological properties are also noted.

Задачей данного технического решения является повышение технологических свойств.The objective of this technical solution is to increase technological properties.

Поставленная задача решается тем, что литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, никель, магний, марганец, железо, титан, цинк, дополнительно содержит сурьму и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved in that the cast alloy based on aluminum, containing silicon, copper, nickel, magnesium, manganese, iron, titanium, zinc, additionally contains antimony and nitrogen in the following ratio, wt.%:

КремнийSilicon 8,5-12,08.5-12.0 МедьCopper 1,2-4,51.2-4.5 ЦинкZinc 0,2-1,50.2-1.5 МагнийMagnesium 0,1-1,40.1-1.4 ТитанTitanium 0,02-0,20.02-0.2 НикельNickel 0,02-0,30.02-0.3 МарганецManganese 0,1-0,60.1-0.6 ЖелезоIron 0,2-1,00.2-1.0 СурьмаAntimony 0,05-0,250.05-0.25 АзотNitrogen 0,02-0,150.02-0.15 АлюминийAluminum ОстальноеRest

Существенным отличием предложенного литейного сплава на основе алюминия является дополнительное введение в его состав сурьмы и азота, что существенно повышает его технологические свойства.A significant difference of the proposed casting alloy based on aluminum is the additional introduction of antimony and nitrogen into its composition, which significantly increases its technological properties.

Дополнительное введение в состав литейного сплава на основе алюминия сурьмы обеспечивает повышение стабильности структуры, технологических свойств, твердости и прочности сплава, что способствует увеличению стойкости и эксплуатационных свойств. Микролегирующий эффект сурьмы при содержании до 0,05 мас.% недостаточен, не обеспечивается получение изотропной структуры и повышение твердости, износостойкости и технологических свойств, а при концентрации сурьмы более 0,25 мас.% увеличивается содержание неметаллических включений по границам зерен, снижаются механические и технологические свойства и стойкость.An additional introduction of antimony aluminum into the casting alloy based on aluminum provides an increase in the stability of the structure, technological properties, hardness and strength of the alloy, which contributes to an increase in resistance and operational properties. The microalloying effect of antimony at a content of up to 0.05 wt.% Is insufficient, the isotropic structure and the increase in hardness, wear resistance and technological properties are not ensured, and when the concentration of antimony is more than 0.25 wt.%, The content of non-metallic inclusions along the grain boundaries increases, mechanical and technological properties and durability.

Азот измельчает структуру и повышает твердость, прочность, стойкость и другие технологические свойства, но при содержании его более 0,15 мас.% увеличивается неоднородность структуры, что снижает ударную вязкость, задиростойкость и коэффициент трения, а при содержании азота до 0,02 мас.% его влияние на прочность, твердость и технологические свойства несущественно.Nitrogen grinds the structure and increases hardness, strength, resistance and other technological properties, but with a content of more than 0.15 wt.% The heterogeneity of the structure increases, which reduces impact strength, scoring resistance and friction coefficient, and with a nitrogen content of up to 0.02 wt. % its effect on strength, hardness and technological properties is not significant.

Введение кремния обусловлено его положительным влиянием на технологические свойства, поэтому верхний предел его концентрации повышен до 12,0 мас.%, выше которой технологические свойства снижаются.The introduction of silicon is due to its positive effect on technological properties, so the upper limit of its concentration is increased to 12.0 wt.%, Above which the technological properties are reduced.

Концентрация меди на верхнем пределе повышена до 4,5 мас.%, что способствует повышению предела прочности и технологических свойств. При ее концентрации более 4,5 мас.% ухудшаются механические и технологические свойства, а при концентрации меди менее 1,2 мас.% технологические и физико-механические свойства сплава недостаточны.The copper concentration at the upper limit is increased to 4.5 wt.%, Which helps to increase the tensile strength and technological properties. At its concentration of more than 4.5 wt.%, The mechanical and technological properties deteriorate, and at a copper concentration of less than 1.2 wt.%, The technological and physicomechanical properties of the alloy are insufficient.

Цинк, титан и железо улучшают физико-механические и технологические свойства и содержание их принято в пределах, не снижающих технологические свойства.Zinc, titanium and iron improve the physicomechanical and technological properties and their content is accepted within the limits that do not reduce technological properties.

Магний обеспечивает измельчение структуры и стабилизацию металлической основы, способствует повышению твердости, износостойкости, сопротивляемости трещинам и выносливости. При концентрации магния до 0,1 мас.% твердость, выносливость, технологические свойства и предел прочности сплава недостаточны, а при концентрации магния более 1,4 мас.% ухудшаются технологические свойства, увеличивается ликвация, снижаются предел выносливости, износостойкость и повышается коэффициент термического расширения.Magnesium provides a refinement of the structure and stabilization of the metal base, contributes to increased hardness, wear resistance, crack resistance and endurance. At a magnesium concentration of up to 0.1 wt.%, The hardness, endurance, technological properties and tensile strength of the alloy are insufficient, and at a magnesium concentration of more than 1.4 wt.%, The technological properties deteriorate, segregation increases, the endurance limit, wear resistance and the coefficient of thermal expansion increase .

Никель обеспечивает микролегирующее влияние на структуру сплава, повышает трещиностойкость. При его содержании до 0,02 мас.% микролегирующий эффект недостаточен, а при повышении его концентрации более 0,3 мас.% снижаются технологические свойства.Nickel provides a microalloying effect on the structure of the alloy, increases crack resistance. With its content up to 0.02 wt.%, The microalloying effect is insufficient, and with an increase in its concentration of more than 0.3 wt.%, Technological properties are reduced.

Цирконий и ванадий являются дорогостоящими компонентами, снижающими стабильность структуры и свойств, поэтому они исключены из состава сплава.Zirconium and vanadium are expensive components that reduce the stability of the structure and properties, so they are excluded from the composition of the alloy.

Выплавку сплавов на основе алюминия производят в индукционных тигельных печах. Сначала в тигель загружают кусковой флюс с таким расчетом, чтобы после расплавления образовывалась ванна глубиной до 150 мм, в которую постепенно загружают слегка подогретые чушки силумина, отходы собственного производства, чистые материалы и лигатуры. После расплавления шихты флюс снимают, чтобы использовать его для новой плавки. При достижении температуры 710-780°С расплав продувают азотом непосредственно в индукционной печи или после его розлива в электрических тигельных (раздаточных) печах в течение 5-6 минут.Aluminum-based alloys are smelted in induction crucible furnaces. First, lump flux is loaded into the crucible so that after melting a bath up to 150 mm deep is formed, into which slightly warmed silumin pigments, domestic waste, clean materials and ligatures are gradually loaded. After melting the mixture, the flux is removed to use it for new smelting. Upon reaching a temperature of 710-780 ° C, the melt is purged with nitrogen directly in the induction furnace or after it is bottled in electric crucible (distributing) furnaces for 5-6 minutes.

После этого алюминиевые сплавы разливают в металлические формы для получения технологических проб, образцов и деталей.After that, aluminum alloys are poured into metal molds to obtain technological samples, samples and parts.

В табл.1 приведены сплавы на основе алюминия опытных плавок.Table 1 shows the alloys based on aluminum of experimental swimming trunks.

В табл.2 приведены технологические пробы этих сплавов.Table 2 shows the technological samples of these alloys.

В качестве эталона при обработке шлифованием использовали литейный алюминиевый сплав марки АЛ8 плотностью 2,55.A casting aluminum alloy of grade AL8 with a density of 2.55 was used as a reference during grinding processing.

Таблица 1Table 1 СплавAlloy Содержание компонентов, мас.%The content of components, wt.% КремнийSilicon МедьCopper ЦинкZinc МагнийMagnesium ТитанTitanium НикельNickel МарганецManganese ЖелезоIron СурьмаAntimony АзотNitrogen ВанадийVanadium ЦирконийZirconium АлюминийAluminum 1 (изв.)1 (ex.) 11,511.5 1,21,2 0,70.7 1,11,1 0,210.21 1,121.12 0,40.4 0,70.7 0,10.1 0,050.05 ОстальноеRest 22 8,58.5 1,21,2 0,20.2 0,10.1 0,020.02 0,020.02 0,10.1 0,20.2 0,050.05 0,020.02 ОстальноеRest 33 9,29.2 3,13,1 1,81.8 0,90.9 0,070,07 0,20.2 0,40.4 0,70.7 0,120.12 0,080.08 ОстальноеRest 4four 1212 4,54,5 2,52,5 1,41.4 0,20.2 0,30.3 0,60.6 1,01,0 0,250.25 0,150.15 ОстальноеRest 55 7,67.6 0,80.8 0,10.1 0,030,03 0,010.01 0,010.01 0,070,07 0,10.1 0,020.02 0,010.01 ОстальноеRest 66 12,512.5 3,33.3 2,82,8 1,61,6 0,310.31 0,450.45 0,650.65 1,21,2 0,30.3 0,220.22 ОстальноеRest

Таблица 2table 2 СплавAlloy Предел прочности, кгс/мм² Tensile strength, kgf / mm ² Твердость, НВHardness, HB Относительная шлифуемость, КшRelative grindability, Ksh Жидкотекучесть, ммFluidity, mm Несоответсвие структуры при литье под давлением, %Inconsistency of the structure during injection molding,% Износостойкость, г/м².гсWear resistance, g / m ² .gs Коэффициент термического расширения, (20-200°С)·10^-6 градThe coefficient of thermal expansion, (20-200 ° C) · 10 ^-6 degrees При 20°СAt 20 ° C При 250°СAt 250 ° C при 20°Сat 20 ° C при 250°Сat 250 ° C 1 (изв.)1 (ex.) 29,529.5 20,820.8 115115 8080 1,01,0 530530 1212 120120 19,819.8 22 30,530.5 21,521.5 126126 8787 1,241.24 600600 2,12.1 9595 18,818.8 33 3,83.8 24,624.6 128128 9595 136136 638638 0,80.8 7272 18,318.3 4four 32,632.6 23,723.7 129129 9696 1,281.28 620620 1,21,2 7676 18,518.5 55 29,729.7 19,919.9 116116 8282 1,051.05 535535 11eleven 116116 19,719.7 66 30,230,2 20,120.1 123123 8686 1,161.16 580580 2,72.7 9898 19,219.2

Claims

Aluminum-based casting alloy containing silicon, copper, nickel, magnesium, manganese, iron, titanium, zinc, characterized in that it additionally contains antimony and nitrogen in the following ratio, wt.%:

Silicon 8.5-12.0 Copper 1.2-4.5 Zinc 0.2-1.5 Magnesium 0.1-1.4 Titanium 0.02-0.2 Nickel 0.02-0.3 Manganese 0.1-0.6 Iron 0.2-1.0 Antimony 0.05-0.25 Nitrogen 0.02-0.15 Aluminum Rest