RU2405852C2 - Castable aluminium alloy - Google Patents
Castable aluminium alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2405852C2 RU2405852C2 RU2008151854/02A RU2008151854A RU2405852C2 RU 2405852 C2 RU2405852 C2 RU 2405852C2 RU 2008151854/02 A RU2008151854/02 A RU 2008151854/02A RU 2008151854 A RU2008151854 A RU 2008151854A RU 2405852 C2 RU2405852 C2 RU 2405852C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- less
- magnesium
- copper
- phase
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деталей автомобильных двигателей, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150-200°С: головки цилиндров, корпуса водяных насосов, впускные трубы и др.The invention relates to the field of metallurgy, specifically to aluminum-based alloys, and can be used to obtain parts for automobile engines operating under high loads at temperatures up to 150-200 ° C: cylinder heads, water pump housings, intake pipes, etc.
Детали автомобильных двигателей отличаются сложной формой, поэтому их, как правило, изготавливают из силуминов (сплавов на основе системы Al-Si) различными методами фасонными литья: в землю, кокиль, под давлением и др.The details of automobile engines differ in complex shape, so they are usually made of silumins (alloys based on the Al-Si system) by various shaped casting methods: in the earth, chill mold, under pressure, etc.
Отливки, предназначенные для наиболее ответственных деталей, обычно используют после полной термической обработки типа Т6 (закалка и старение на максимальную прочность). Для достижения необходимого качества последних от сплава требуется сочетание высокой технологичности (в частности, при получении тонкостенных отливок сложной формы) и достаточно хорошего уровня разных механических свойств (прочности, пластичности, вязкости разрушения и др.). Для реализации такого сочетания используют, как правило, специальные силумины, которые отличаются от обычных следующими особенностями:Castings intended for the most critical parts are usually used after complete heat treatment of type T6 (hardening and aging for maximum strength). To achieve the required quality of the latter, the alloy requires a combination of high technology (in particular, upon receipt of thin-walled castings of complex shape) and a sufficiently good level of various mechanical properties (strength, ductility, fracture toughness, etc.). To implement this combination, as a rule, special silumins are used, which differ from the usual ones in the following features:
1) узкий концентрационный интервал легирующих элементов (например, по магнию он составляет менее 0,1%);1) a narrow concentration range of alloying elements (for example, for magnesium it is less than 0.1%);
2) строгое ограничение по примесям (в первую очередь, по железу), что сильно ограничивает возможность использования вторичного сырья для их приготовления;2) a strict restriction on impurities (primarily iron), which greatly limits the possibility of using secondary raw materials for their preparation;
3) обязательная термическая обработка, включающая закалку (обычно типа Т6);3) mandatory heat treatment, including hardening (usually type T6);
4) существенно более строгие (по сравнению с обычными силуминами) требования к приготовлению расплава и его обработке (рафинирование, модифицирование, дегазация, фильтрация).4) significantly more stringent (compared with conventional silumin) requirements for the preparation of the melt and its processing (refining, modification, degassing, filtration).
Силумины с указанными особенностями можно назвать высокопрочными, так как после полной термообработки типа Т6 гарантируемый уровень σв обычно составляет 300-400 МПа (т.е. выше, чем у обычных силуминов). Упрочнение после термообработки достигается за счет вторичных выделений фаз Mg2Si, Al2Cu и Al5Cu2Mg8Si6 (как правило, метастабильных модификаций). Поэтому термически упрочняемые силумины обязательно содержат добавки меди и магния, необходимые для образования этих выделений. Многие из них содержат малые добавки, которые, положительно влияя на некоторые свойства, часто оказывают еще больший вред. Примером является бериллий, который, с одной стороны, положительно влияет на морфологию Fe-фазы, а с другой, оказывает вредное влияние на здоровье человека.Silumins with the indicated features can be called high strength, since after complete heat treatment of type T6, the guaranteed level of σ in is usually 300-400 MPa (i.e. higher than that of conventional silumins). Hardening after heat treatment is achieved due to secondary precipitates of the Mg 2 Si, Al 2 Cu and Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 phases (usually metastable modifications). Therefore, thermally hardened silumins necessarily contain copper and magnesium additives necessary for the formation of these secretions. Many of them contain small additives, which, having a positive effect on some properties, often do even more harm. An example is beryllium, which, on the one hand, has a positive effect on the morphology of the Fe phase, and on the other hand, has a detrimental effect on human health.
Наиболее прочные промышленные силумины (в частности, входящие в ГОСТ 1583-93) содержат добавку бериллия, что приводит к их существенному удорожанию, а также требует специальных мер предосторожности при их производстве.The most durable industrial silumins (in particular, those included in GOST 1583-93) contain an addition of beryllium, which leads to their significant rise in price, and also requires special precautions in their production.
Наиболее прочный среди них сплав АК8М3ч, который содержит, мас.%:The most durable among them is AK8M3ch alloy, which contains, wt.%:
В этом силумине упрочнение достигается за счет фаз Al2Cu и Al5Cu2Mg8Si6. Недостатком сплава АК8М3ч, помимо наличия в его составе бериллия, является низкий солидус (на верхнем пределе по магнию и меди он ниже 520°С), что не позволяет добиться достаточной сфероидизации кремниевой фазы при нагреве под закалку.In this silumine, hardening is achieved due to the phases Al 2 Cu and Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 . The disadvantage of AK8M3ch alloy, in addition to the presence of beryllium in its composition, is its low solidus (at the upper limit for magnesium and copper it is below 520 ° C), which does not allow to achieve sufficient spheroidization of the silicon phase during heating under quenching.
Наиболее близким сплавом к предложенному является безбериллиевый силумин, раскрытый в патенте US 6773666 (2004 г., Lin; Jen C. etc., Alcoa Inc).The closest alloy to the proposed one is the beryllium-free silumin disclosed in US Pat. No. 6,773,666 (2004, Lin; Jen C. etc., Alcoa Inc).
Данный сплав содержит кремний, магний и марганец при следующих концентрациях компонентов, мас.%:This alloy contains silicon, magnesium and manganese at the following concentrations of components, wt.%:
Из этого силумина можно получать отливки с хорошим сочетанием литейных и механических свойств за счет добавки марганца, который позволяет связать железо в скелетообразные включения и уменьшить его вредное влияние. В формуле патента особенно подчеркивается отсутствие бериллия и меди. Первым недостатком этого сплава является ограничение по максимальной рабочей температуре. Это связано с тем, что вторичные выделения фазы Mg2Si при длительных нагревах свыше 180°С склонны к огрублению, что приводит к разупрочнению. Второй недостаток этого сплава заключается в жестком ограничении по предельно допустимой концентрации меди, что предъявляет высокие требования к чистоте шихтовых материалов и затрудняет использование вторичного сырья.Castings with a good combination of casting and mechanical properties can be obtained from this silumin due to the addition of manganese, which allows iron to be bound into skeletal inclusions and reduce its harmful effect. The patent claims particularly emphasize the absence of beryllium and copper. The first disadvantage of this alloy is the limitation on the maximum working temperature. This is due to the fact that the secondary precipitates of the Mg 2 Si phase during prolonged heating above 180 ° C are prone to coarsening, which leads to softening. The second disadvantage of this alloy is the strict restriction on the maximum permissible concentration of copper, which makes high demands on the purity of charge materials and complicates the use of recycled materials.
Задачей изобретения является создание нового безбериллиевого высокопрочного силумина, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и допускающего не менее 0,2% Cu. При этом сплав не должен содержать добавок циркония, хрома, титана, бора и стронция, а также иметь солидус не ниже 550°С.The objective of the invention is the creation of a new beryllium-free high-strength silumin, designed to produce shaped castings of complex shape and allowing at least 0.2% Cu. In this case, the alloy should not contain additives of zirconium, chromium, titanium, boron and strontium, and also have a solidus of at least 550 ° C.
Поставленная задача решена тем, что литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, медь, марганец и железо, характеризующийся структурой, представляющей собой матрицу, образованную твердым раствором алюминия с равномерно распределенными в нем дисперсными частицами вторичных выделений, и равномерно распределенные в матрице частицы кремния эвтектического происхождения, содержит легирующие компоненты в следующем количестве, мас.%:The problem is solved in that an aluminum-based casting alloy containing silicon, magnesium, copper, manganese and iron, characterized by a structure that is a matrix formed by a solid solution of aluminum with dispersed particles of secondary precipitates uniformly distributed in it, and particles uniformly distributed in the matrix silicon of eutectic origin, contains alloying components in the following amount, wt.%:
при этом должны выполняться следующие условия:the following conditions must be met:
а) температура равновесного солидуса сплава должна быть не ниже 550°С;a) the temperature of the equilibrium solidus of the alloy should not be lower than 550 ° C;
б) объемная вторичных выделений фазы Al5Cu2Mg8Si6 должна быть не ниже 0,8 об.%b) the volume of the secondary phase precipitates Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 should not be less than 0.8 vol.%
Сущность изобретения состоит в следующем.The invention consists in the following.
Медь и магний в заявленных пределах находятся в алюминиевой матрице в виде вторичных выделений фазы Al5Cu2Mg8Si6, что вносит основной вклад в прочность сплава. При выбранных концентрациях меди и магния достигается сочетание высокой температуры солидуса, высоких литейных свойств сплава, а также термической стабильности.Copper and magnesium are within the stated limits in the aluminum matrix in the form of secondary precipitates of the Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 phase, which makes the main contribution to the strength of the alloy. At the selected concentrations of copper and magnesium, a combination of high solidus temperature, high casting properties of the alloy, and thermal stability is achieved.
Марганец и железо в заявленных пределах полностью входят в эвтектические включения фазы Al15(FeMn)3Si2, которые кристаллизуются преимущественно в составе тройной эвтектики (Al)+(Si)+Al15(FeMn)3Si2. Такой характер кристаллизации оказывает благоприятное влияние на литую структуру (а именно на морфологию кремниевой и железистой фаз), что способствует формированию глобулярных включений кремниевой фазы при нагреве под закалку.Manganese and iron within the declared limits are completely included in the eutectic inclusions of the Al 15 (FeMn) 3 Si 2 phase, which crystallize mainly in the triple eutectic (Al) + (Si) + Al 15 (FeMn) 3 Si 2 . This crystallization pattern has a favorable effect on the cast structure (namely, on the morphology of the silicon and glandular phases), which contributes to the formation of globular inclusions of the silicon phase during heating under quenching.
ПРИМЕР 1.EXAMPLE 1
1. Были приготовлены 6 сплавов, составы которых указаны в табл.1. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия марок А7, сплава АК12оч, магния марки Мг90 (99,9%), меди M1 (99,9%) и лигатур: Al-10%Mn и Al-10%Fе. Отливки термообрабатывали по режиму Т6 (нагрев под закалку при 545±5°С, закалка в холодной воде и старение). Равновесный солидус определяли методом дифференциального термического анализа и уточняли расчетом по программе Thermo-Calc (база данных TTAL5). Объемную долю вторичных выделений фазы Al5Cu2Mg8Si6 рассчитывали с помощью программы Thermo-Calc по методике, описанной в [Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов. - М.: МИСиС, 2007, 284 с.]. Механические свойства на разрыв определяли по ГОСТ 1497-84 на цилиндрических отдельно отлитых в кокиль образцах (полученных согласно ГОСТ 1583-93).1. 6 alloys were prepared, the compositions of which are listed in Table 1. Alloys were prepared in an electric resistance furnace in graphite chamotte crucibles from aluminum of the A7 grade, AK12och alloy, Mg90 grade magnesium (99.9%), M1 copper (99.9%) and alloys: Al-10% Mn and Al-10% Fe. The castings were heat treated according to the T6 mode (heating under quenching at 545 ± 5 ° С, quenching in cold water and aging). Equilibrium solidus was determined by differential thermal analysis and refined by calculation using the Thermo-Calc program (TTAL5 database). The volume fraction of secondary precipitates of the Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 phase was calculated using the Thermo-Calc program according to the procedure described in [Belov N.A., Savchenko S.V., Khvan A.V. Phase composition and structure of silumins. - M.: MISiS, 2007, 284 p.]. The mechanical tensile properties were determined according to GOST 1497-84 on cylindrical samples separately cast in a chill mold (obtained according to GOST 1583-93).
Из табл.1 видно, что только заявляемый сплав (составы 2-4) обеспечивает наилучшее сочетание временного сопротивления, относительного удлинения и равновесного солидуса. В сплаве 1 прочность меньше требуемого уровня, что связано с недостаточным количеством выделений фазы Al5Cu2Mg8Si6. Сплав 5 имеет низкое значение δ, что связано с частичным пережогом из-за того, что Ts<550°C. Сплав прототип (состав 6) уступает сплавам 2-4 по значениям σв и НВ, поскольку в нем отсутствует фаза Al5Cu2Mg8Si6. При этом включения кремниевой фазы во всех составах заявленного сплава имели глобулярную морфологию (см. чертеж ).From table 1 it is seen that only the claimed alloy (compositions 2-4) provides the best combination of temporary resistance, elongation and equilibrium solidus. In alloy 1, the strength is less than the required level, which is associated with an insufficient amount of precipitation of the Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 phase. Alloy 5 has a low value of δ, which is associated with partial burnout due to the fact that T s <550 ° C. The prototype alloy (composition 6) is inferior to alloys 2-4 in terms of σ in and HB, since there is no Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 phase in it. Moreover, the inclusions of the silicon phase in all compositions of the claimed alloy had a globular morphology (see drawing).
ПРИМЕР 2.EXAMPLE 2
Определяли механические свойства сплавов 3 и 6 (см. табл.1) при повышенных температурах. Механические свойства на разрыв определяли по ГОСТ 9651-84 на цилиндрических образцах, выточенных из кокильных отливок (согласно ГОСТ 1583-93). Результаты, приведенные в табл.2, показывают, что заявляемый сплав (№3) превосходит известный (№6), по прочности, как при 150°С, так и при 200°С.The mechanical properties of alloys 3 and 6 were determined (see Table 1) at elevated temperatures. The mechanical tensile properties were determined according to GOST 9651-84 on cylindrical specimens machined from chill castings (according to GOST 1583-93). The results shown in table 2 show that the inventive alloy (No. 3) surpasses the known (No. 6) in strength, both at 150 ° C and at 200 ° C.
ПРИМЕР 3.EXAMPLE 3
Из заявляемого сплава состава №3 (см. табл.1) в заводских условиях ООО «РосАЛит» были залиты 100 шт. серийных отливок дет. 514.1003015 «Головка цилиндров» (см. чертеж 1). Все отливки имели удовлетворительное качество.Of the inventive alloy composition No. 3 (see table 1) in the factory, LLC “RosALit” were flooded 100 pcs. serial castings det. 514.1003015 "Cylinder head" (see drawing 1). All castings were of satisfactory quality.
Claims (3)
при выполнении следующих условий: температура равновесного солидуса сплава не ниже 550°С, объемная доля вторичных выделений фазы Al5Cu2Mg8Si6 не ниже 0,8 об.%.1. Cast aluminum alloy containing silicon, magnesium, copper, manganese and iron, characterized by a structure consisting of a matrix formed by a solid solution of aluminum with dispersed particles of secondary precipitates Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 uniformly distributed in it and uniformly distributed in the matrix, globular particles of the silicon phase, characterized in that it contains alloying components in the following amount, wt.%:
under the following conditions: the temperature of the equilibrium solidus of the alloy is not lower than 550 ° C, the volume fraction of the secondary precipitates of the Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 phase is not lower than 0.8 vol.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008151854/02A RU2405852C2 (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Castable aluminium alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008151854/02A RU2405852C2 (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Castable aluminium alloy |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008151854A RU2008151854A (en) | 2010-06-27 |
RU2405852C2 true RU2405852C2 (en) | 2010-12-10 |
Family
ID=42683364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008151854/02A RU2405852C2 (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Castable aluminium alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2405852C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485199C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Casting aluminium alloy |
-
2008
- 2008-12-25 RU RU2008151854/02A patent/RU2405852C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485199C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Casting aluminium alloy |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008151854A (en) | 2010-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5300118B2 (en) | Aluminum alloy casting manufacturing method | |
Colombo et al. | Influences of different Zr additions on the microstructure, room and high temperature mechanical properties of an Al-7Si-0.4 Mg alloy modified with 0.25% Er | |
EP1997924B1 (en) | High-temperature aluminium alloy | |
EP3084027B1 (en) | HIGH PERFORMANCE AlSiMgCu CASTING ALLOY | |
US4975243A (en) | Aluminum alloy suitable for pistons | |
US20080060723A1 (en) | Aluminum alloy for engine components | |
CN109868393B (en) | High temperature cast aluminum alloy for cylinder heads | |
WO2008036760A2 (en) | High strength, high stress corrosion cracking resistant and castable al-zn-mg-cu zr alloy for shape cast products | |
AU2005238479A1 (en) | Heat treatable Al-Zn-Mg-Cu alloy for aerospace and automotive castings | |
JP4800864B2 (en) | compressor | |
US20050238529A1 (en) | Heat treatable Al-Zn-Mg alloy for aerospace and automotive castings | |
US5162065A (en) | Aluminum alloy suitable for pistons | |
RU2001145C1 (en) | Cast aluminum-base alloy | |
RU2672653C1 (en) | Corrosion resistant casting aluminum alloy | |
US5055255A (en) | Aluminum alloy suitable for pistons | |
RU2610578C1 (en) | High-strength aluminium-based alloy | |
RU2478131C2 (en) | Refractory castable aluminium alloy | |
RU2405852C2 (en) | Castable aluminium alloy | |
KR20070084246A (en) | Aluminium-based alloy and moulded part consisting of said alloy | |
RU2415193C1 (en) | Cast alloy on base of aluminium | |
RU2441091C2 (en) | Cast aluminium alloy-(sparingly-alloyed high-strength silumin) | |
KR101499096B1 (en) | Aluminum alloy and manufacturing method thereof | |
JP5660689B2 (en) | Aluminum alloy for casting and aluminum alloy casting | |
RU2749073C1 (en) | Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options) | |
RU2385358C1 (en) | Cast alloy on aluminium base |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111226 |