RU2441091C2 - Литейный алюминиевый сплав-(экономнолегированный высокопрочный силумин) - Google Patents
Литейный алюминиевый сплав-(экономнолегированный высокопрочный силумин) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2441091C2 RU2441091C2 RU2010107316/02A RU2010107316A RU2441091C2 RU 2441091 C2 RU2441091 C2 RU 2441091C2 RU 2010107316/02 A RU2010107316/02 A RU 2010107316/02A RU 2010107316 A RU2010107316 A RU 2010107316A RU 2441091 C2 RU2441091 C2 RU 2441091C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- magnesium
- iron
- phase
- silicon
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно 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. Литейный сплав на основе алюминия содержит следующие компоненты, мас.%: кремний 8,6-10,2, медь 0,3-0,5, магний 0,35-0,5, марганец 0,1-0,45, железо 0,2-0,5, алюминий и примеси остальное. Данный сплав характеризуется тем, что температура равновесного солидуса сплава не ниже 550°С, а температура ликвидуса не выше 605°С. Структура данного сплава характеризуется тем, что железо полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, а магний полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6 (Q'). Получается новый экономнолегированный силумин, предназначенный для получения фасонных отливок сложной формы и обладающий высокой прочностью. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении корпусных деталей ответственного назначения, в частности деталей автомобильных двигателей, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150-200°С: головки цилиндров, корпуса водяных насосов, впускные трубы и др.
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 остальных следующими особенностями:
- узкий концентрационный интервал легирующих элементов;
- строгое ограничение по примесям (в первую очередь, по железу), что сильно ограничивает возможность использования вторичного сырья для их приготовления;
- обязательная термическая обработка, включающая закалку (обычно типа Т6);
- существенно более строгие (по сравнению с обычными силуминами) требования к приготовлению расплава и его обработке (рафинирование, модифицирование, дегазация, фильтрация).
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.
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.
Наиболее прочный среди них сплав АК8М3ч, который содержит, мас.%:
Кремний | 7-8,5 |
Медь | 2,5-3,5 |
Магний | 0,2-0,45 |
Цинк | 0,5-1,0 |
Бериллий | 0,05-0,25 |
Титан | 0,1-0,25 |
Бор | 0,015-0,1 |
Алюминий и примеси | остальное |
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.
Наиболее прочным среди безмедистых силуминов является сплав АК8л (ГОСТ 1583-93), который содержит, мас.%:
Кремний | 6,5-8,5 |
Магний | 0,35-0,55 |
Бериллий | 0,15-0,4 |
Алюминий и примеси | остальное |
Недостатком этого сплава является наличие в его составе экологически вредной добавки бериллия. Кроме того, рабочие температуры этого сплава не превышают 200°С. Это связано с тем, что вторичные выделения фазы Mg2Si (а именно, метастабильные модификации β' и β") при длительных нагревах свыше ~200°С склонны к огрублению, что приводит к разупрочнению.
Наиболее близким сплавом к предложенному является безбериллиевый силумин, раскрытый в патенте US 5523050 (1996 г., Lloyd; David J. etc., Alcan International Limited).
Данный сплав содержит кремний, магний и марганец при следующих концентрациях компонентов, мас.%:
Кремний | 7-16 |
Медь | 0-5,0 |
Магний | 0,3-2,0 |
Марганец | 0,5-3,0 |
Железо | 0-1,0 |
Алюминий и примеси | остальное |
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, как и силумина АК8ч, является ограничение по максимальной рабочей температуре. 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. Третий недостаток связан с тем, что его температура ликвидуса недостаточно низка, что затрудняет использование специальной технологии обработки расплава.
Задачей изобретения является создание нового безбериллиевого экономнолегированного высокопрочного силумина, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и допускающего не менее 0,2% Cu и не менее 0,2% Fe. При этом сплав не должен содержать добавок циркония, хрома, титана, бора, а также иметь солидус не ниже 550°С, а ликвидус не выше 605°С.
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.%:
Кремний | 8.6-10.2 |
Медь | 0.3-0.5 |
Магний | 0.35-0.5 |
Марганец | 0.1-0.45 |
Железо | 0.2-0.5 |
при этом должны выполняться следующие условия:
а) температура равновесного солидуса сплава должна быть не ниже 550°С; а температура ликвидуса не выше 605°С;
б) железо должно быть полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2;
в) магний должен быть полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6(Q').
Указанные параметры следует рассчитывать с использованием программы Thermo-Calc (база данных TTAL5 или выше).
Сущность изобретения состоит в следующем.
Концентрация кремния в заявленных пределах обеспечивает необходимую температуру ликвидуса и, как следствие, высокие технологические свойства (в частности, формозаполняемость).
Медь и магний в заявленных пределах находятся в алюминиевой матрице в виде вторичных выделений фазы Al5Cu2Mg8Si6, что вносит основной вклад в прочность сплава, в частности предел текучести при литье в металлические формы не менее 280 МПа, а относительное удлинение (δ) не менее 3%, а при литье в разовые формы (земляные, холодно твердеющие смеси и т.п.) не менее 280 МПа, а относительное удлинение (δ) не менее 2%. Кроме того, при выбранных концентрациях меди и магния достигается сочетание высокой температуры солидуса, высоких литейных свойства, а также термической стабильности.
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.
ПРИМЕР 1.
Были приготовлены 6 сплавов, составы которых указаны в табл.1. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях в заводских условиях ОАО «МОСОБЛПРОММОНТАЖ» на основе вторичного алюминия марки АК9. Химический состав сплавов определяли на эмиссионном спектрометре ARL 3560B-1583 (в процессе плавки состав доводили до заданных значений). Из экспериментальных сплавов были получены отдельно отлитые образцы согласно ГОСТ1583-93. Отливки термообрабатывали по режиму Т6 (нагрев под закалку при 540±5°С, закалка в холодной воде и старение при 175°С). Температуры ликвидуса и равновесного солидуса определяли методом дифференциального термического анализа и уточняли расчетом по программе Thermo-Calc (база данных TTAL5). Объемную доли вторичных выделений фаз, содержащихся в алюминиевой матрице (табл.2), 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 (образец №1 по ГОСТ 1583-93, п.5.2.3.).
Таблица 1 | ||||||||||
Составы экспериментальных сплавов и их свойства после термообработки Т6 | ||||||||||
№ | Концентрации, % по массе | σ0,2 1, МПа | δ2, % | TS 4, °C | TL 4, °C | |||||
Si | Mg | Cu | Mn | Fe | Al | |||||
1 | 8 | 0,2 | 0,1 | 0,05 | 0,05 | ост. | 195 | 8,5 | 570 | 609 |
2 | 8,6 | 0,55 | 0,4 | 0,5 | 0,5 | ост. | 335 | 4,2 | 554 | 603 |
3 | 9,4 | 0,45 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | ост. | 320 | 4,8 | 559 | 598 |
4 | 10,2 | 0,35 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | ост. | 305 | 5,7 | 560 | 592 |
5 | 11 | 0,7 | 1 | 0,7 | 0,7 | ост. | 340 | 1,3 | 544 | 583 |
6 | 7,5 | 0,5 | <0,01 | 0,7 | 0,1 | ост. | 295 | 5,0 | 562 | 612 |
1предел текучести; 2относительное удлинение; 3температура равновесного солидуса (расчет), 4температура ликвидуса (расчет) |
Из табл.1 видно, что только заявляемый сплав (составы 2-4) обеспечивает наилучшее сочетание предела текучести, относительного удлинения и температур ликвидуса и равновесного солидуса. При этом эвтектические включения кремниевой и железистой фаз во всех составах заявленного сплава имели компактную морфологию (фиг.1).
В сплаве 1 прочность меньше требуемого уровня, что связано с недостаточным количеством выделений фазы Al5Cu2Mg8Si6 (табл.2). 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 значению σ0,2, поскольку в нем отсутствует фаза Al5Cu2Mg8Si6 (табл.2). Кроме того, он имеет более высокую температуру ликвидуса.
Таблица 2 | ||||
Фазовый состав алюминиевой матрицы экспериментальных сплавов в состоянии Т6 | ||||
№1 | Объемная доля фазы, об.% (расчет) | |||
Mg2Si | Al5Cu2Mg8Si6 | Al2Cu | (Si) | |
1 | 0,07 | 0,81 | 0 | 0,97 |
2 | 0 | 1,7 | 0 | 0,60 |
3 | 0 | 1,39 | 0 | 0,69 |
4 | 0 | 1,11 | 0,20 | 0,81 |
5 | 0 | 1,53 | 0,66 | 0,64 |
6 | 1,22 | 0 | 0 | 0,98 |
1см. табл.1 |
ПРИМЕР 2.
Из заявляемого сплава состава №3 (см. табл.1) в заводских условиях ОАО «МОСОБЛПРОММОНТАЖ» были залиты 10 шт. серийных отливок детали (фиг.2) методом гравитационного литья в металлическую форму (кокиль). Все отливки имели удовлетворительное качество: в них отсутствовали дефекты литейного происхождения, а механические свойства вырезанных образцов имели следующие значения: σ0,2=330 МПа, δ=5,1%.
ПРИМЕР 3.
Из заявляемого сплава состава №3 (см. табл.1) в лабораторных условиях МИСиС были залиты 5 шт. фасонных отливок детали (фиг.3) методом быстрого прототипирования (керамические формы). Все отливки имели удовлетворительное качество: в них отсутствовали дефекты литейного происхождения, а механические свойства вырезанных образцов имели следующие значения: σ0,2=290 МПа, δ=2,8%.
Claims (3)
1. Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, медь, марганец и железо, характеризующийся структурой, представляющей собой алюминиевую матрицу и равномерно распределенные в матрице частицы кремниевой и железистой фаз эвтектического происхождения, отличающийся тем, что он содержит легирующие компоненты в следующем количестве, мас.%:
Кремний 8,6-10,2
Медь 0,3-0,5
Магний 0,35-0,5
Марганец 0,1-0,45
Железо 0,2-0,5
Алюминий и примеси Остальное,
при выполнении следующих условий:
температура равновесного солидуса сплава не ниже 550°С, а температура ликвидуса не выше 605°С, железо полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, а магний полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6 (Q').
при выполнении следующих условий:
температура равновесного солидуса сплава не ниже 550°С, а температура ликвидуса не выше 605°С, железо полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, а магний полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6 (Q').
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он получен в металлических формах в виде кокильных отливок, обладающих следующими свойствами на растяжение: предел текучести (σ0,2) - не менее 310 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 3%.
3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он получен в разовых формах в виде отливок, обладающих следующими свойствами на растяжение: предел текучести (σ0,2) - не менее 280 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 2%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107316/02A RU2441091C2 (ru) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | Литейный алюминиевый сплав-(экономнолегированный высокопрочный силумин) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107316/02A RU2441091C2 (ru) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | Литейный алюминиевый сплав-(экономнолегированный высокопрочный силумин) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010107316A RU2010107316A (ru) | 2011-09-10 |
RU2441091C2 true RU2441091C2 (ru) | 2012-01-27 |
Family
ID=44757235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010107316/02A RU2441091C2 (ru) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | Литейный алюминиевый сплав-(экономнолегированный высокопрочный силумин) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2441091C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2576707C2 (ru) * | 2014-06-05 | 2016-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КиК" | Литейный сплав на основе алюминия |
RU2661525C1 (ru) * | 2017-04-18 | 2018-07-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Сплав на основе алюминия |
-
2010
- 2010-03-01 RU RU2010107316/02A patent/RU2441091C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2576707C2 (ru) * | 2014-06-05 | 2016-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КиК" | Литейный сплав на основе алюминия |
RU2661525C1 (ru) * | 2017-04-18 | 2018-07-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Сплав на основе алюминия |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010107316A (ru) | 2011-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2151884C (en) | Diecasting alloy | |
CA2574962C (en) | An al-si-mg-zn-cu alloy for aerospace and automotive castings | |
JP4765400B2 (ja) | セミソリッド鋳造用アルミニウム合金、並びにアルミ合金鋳物とその製造方法 | |
CN111032897A (zh) | 形成铸造铝合金的方法 | |
EP2664687B1 (en) | Improved free-machining wrought aluminium alloy product and manufacturing process thereof | |
JP6685222B2 (ja) | 向上した高温機械特性を有するアルミニウム合金複合材 | |
MXPA06012243A (es) | Aleacion termotratable de al-zn-mg-cu para piezas aeroespaciales y automotrices moldeadas por vaciado. | |
CN107829000B (zh) | 一种压铸铝合金材料及其制备方法 | |
CN1969051A (zh) | 铜合金铸造用中间合金及及其铸造方法 | |
CN102912196A (zh) | 一种铝硅镁系铸造铝合金及其制备方法 | |
US3925067A (en) | High strength aluminum base casting alloys possessing improved machinability | |
CN101671787A (zh) | 一种自然去应力压铸铝合金及制备方法 | |
CN110157959A (zh) | 一种高强度高韧性的压铸铝合金及其制备方法 | |
JP2004292937A (ja) | 輸送機構造材用アルミニウム合金鍛造材およびその製造方法 | |
EP3342889B1 (en) | Aluminium casting alloy | |
JP2000265232A (ja) | 高温疲労強度及び耐摩耗性に優れたアルミニウム合金製ピストン及びその製造方法 | |
EP3342890B1 (en) | Aluminium casting alloy | |
RU2441091C2 (ru) | Литейный алюминиевый сплав-(экономнолегированный высокопрочный силумин) | |
RU2415193C1 (ru) | Литейный сплав на основе алюминия | |
JP6900199B2 (ja) | 鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金鋳物製品およびアルミニウム合金鋳物製品の製造方法 | |
CN109457153A (zh) | 一种高Zn压铸铝合金及其制备方法 | |
JP2022177040A (ja) | ダイカスト用アルミニウム合金及びアルミニウム合金ダイカスト材 | |
CN114318183A (zh) | 高塑性铝合金制件及其制备方法 | |
RU2405852C2 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
KR100323300B1 (ko) | 은 무함유 저가의 고강도용 알루미늄 주조합금 및 그 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170302 |