RU2485199C1 - Литейный алюминиевый сплав - Google Patents
Литейный алюминиевый сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485199C1 RU2485199C1 RU2011149034/02A RU2011149034A RU2485199C1 RU 2485199 C1 RU2485199 C1 RU 2485199C1 RU 2011149034/02 A RU2011149034/02 A RU 2011149034/02A RU 2011149034 A RU2011149034 A RU 2011149034A RU 2485199 C1 RU2485199 C1 RU 2485199C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- phase
- silicon
- magnesium
- iron
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении. Сплав содержит, мас.%: кремний 6,6-7,4, магний 0,31-0,45, медь 0,18-0,32, марганец 0,15-0,45, железо 0,15-0,4, алюминий - остальное, при этом сплав имеет температуру ликвидуса в пределах от 608 до 620°С; температуру равновесного солидуса не ниже 552°С и структуру после термообработки по режиму Т66, содержащую количество включений кремниевой фазы в пределах от 6,4 до 7,5 об.%; железо в структуре сплава полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, а магний полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6. Техническим результатом является создание сплава, предназначенного для получения фасонных отливок ответственного назначения и обладающего высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении.
Отливки сложной формы обычно делают из силуминов. Отливки, предназначенные для наиболее ответственных деталей, как правило, используют после полной термической обработки типа Т6 (закалка и старение на максимальную прочность). Для достижения необходимого качества таких отливок от сплава требуется сочетание высокой технологичности (в частности горячеломкости и жидкотекучести) и достаточно хорошего уровня разных механических свойств (в частности, прочности, пластичности, вязкости разрушения и др.). Для реализации такого сочетания используют, как правило, так называемые безмедистые силумины (1 группа по ГОСТ 1583-93). При получении крупногабаритных отливок обычно используют методы литья в разовые формы (земляные, холодно твердеющие смеси и т.п.). Недостатком наиболее используемых силуминов (типа АК7ч и АК9ч) является их невысокая прочность. В частности, гарантируемое значение временного сопротивления на разрыв (σв) сплава АК7ч для литья в разовые формы составляет всего 225 МПа (ГОСТ 1583-93, термообработка Т6).
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 |
Этот силумин имеет более высокую прочность по сравнению с АК7ч, в том числе для литья в разовые формы. Однако сплав АК8л имеет существенный недостаток, который заключается в том, что он содержит экологически вредную добавку бериллия.
Известен сплав, раскрытый в патенте US 6,773,666 (2004 г., Lin; Jen C. etc., Alcoa Inc). Данный сплав содержит кремний, магний и марганец при следующих концентрациях компонентов, мас.%:
Кремний | 6-9 |
Магний | 0,2-0,8 |
Марганец | 0,1-1,2 |
Алюминий | 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. Главный 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.
Наиболее близким сплавом к предложенному является сплав на основе алюминия, раскрытый в заявке на патент РФ 2010107316 (публ. 10.09.2011 г., бюл. 25, Н.А.Белов и др.). Данный сплав содержит кремний, магний, медь, марганец и железо 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 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).
Первым недостатком данного сплава является его повышенная склонность к образованию сосредоточенной пористости (это связано с чрезмерно узким интервалом кристаллизации), что затрудняет получение качественных крупногабаритных отливок. Второй недостаток связан с повышенной объемной долей включений кремниевой фазы, что затрудняет нанесение на поверхность отливок специальных покрытий.
Задачей изобретения является создание нового алюминиевого сплава (безбериллиевого высокопрочного силумина), предназначенного для получения крупногабаритных фасонных отливок и удовлетворяющего заданным требованиям по комплексу технологических и эксплуатационных характеристик.
В частном исполнении данный сплав должен обеспечивать следующие механические свойства на растяжение: временное сопротивление на разрыв (σв) не менее 305 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 235 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 3%.
Поставленная задача решена тем, что литейный сплав на основе алюминия содержит кремний, магний, медь, марганец и железо в следующем количестве, мас.%:
Кремний | 6,6-7,4 |
Магний | 0,31-0,45 |
Медь | 0,18-0,32 |
Марганец | 0,15-0,45 |
Железо | 0,15-0,4 |
Алюминий | Остальное |
При этом должны выполняться следующие условия:
а) температура ликвидуса сплава должна находиться в пределах от 608 до 620°С;
б) температура равновесного солидуса сплава должна быть не ниже 552°С;
в) количество включения кремниевой фазы в термообработанном состоянии должно находиться в пределах от 6,4 до 7,5 об.%;
г) железо должно быть полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2;
д) магний в термообработанном состоянии должен быть полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6 (Q).
Указанные параметры следует рассчитывать с использованием программы Thermo-Calc (база данных TTAL5 или выше).
В частном исполнении данный сплав позволяет получать крупногабаритные отливки сложной формы, полученные литьем в разовые формы, в которых обеспечиваются следующие механические свойства на растяжение (после термообработки по режиму Т6): временное сопротивление на разрыв (σв) не менее 305 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 235 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 3%.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Концентрация кремния в заявленных пределах обеспечивает необходимые значения температуры ликвидуса и объемной доли включений кремниевой фазы, что, в свою очередь, обеспечивает требуемое сочетание технологических и эксплуатационных характеристик.
Медь и магний в заявленных пределах находятся в алюминиевой матрице в виде вторичных выделений фазы Q (Al5Cu2Mg8Si6), что вносит основной вклад в прочность сплава. При выбранных концентрациях меди и магния достигается сочетание высокой температуры солидуса, высоких литейных свойства сплава.
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 таблице 1. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях в условиях учебно-производственного участка НИТУ «МИСиС» на основе отходов силуминов различных марок. Из экспериментальных сплавов были получены отдельно отлитые образцы. Отливки термообрабатывали по режиму Т6 (нагрев под закалку при 540±3°С, закалка в холодной воде и старение при 175±3°С). Температуры ликвидуса и равновесного солидуса определяли методом дифференциального термического анализа и уточняли расчетом по программе Thermo-Calc (база данных TTAL5). Объемные доли кремниевой фазы и вторичных выделений фаз, содержащихся в алюминиевой матрице (таблица 1), 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.].
Таблица 1 | ||||||||
Составы экспериментальных сплавов и характерные температуры | ||||||||
№ | Концентрации, % по массе | TL 1, °C | TS 2, C | |||||
Si | Mg | Cu | Mn | Fe | Al | |||
1 | 5,5 | 0,6 | 0,1 | 0,05 | 0,7 | ост. | 624 | 558 |
2 | 6,6 | 0,45 | 0,32 | 0,15 | 0,15 | ост. | 616 | 558 |
3 | 7,0 | 0,37 | 0,25 | 0,30 | 0,28 | ост. | 614 | 562 |
4 | 7,4 | 0,31 | 0,18 | 0,45 | 0,4 | ост. | 612 | 564 |
5 | 8,5 | 0,1 | 0,6 | 0,7 | 0,05 | ост. | 603 | 565 |
6 | 9,5 | 0,4 | 0,4 | 0,3 | 0,3 | ост. | 596 | 558 |
1 - температура ликвидуса (расчет), 2 - температура равновесного солидуса (расчет) |
Из таблиц 1-2 видно, что только заявляемый сплав (составы 2-4) обеспечивает требуемые значения заданных параметров. В сплаве 1 температура ликвидуса слишком высокая, а в сплавах 5 и 6, наоборот, слишком низкая. Кроме того, в сплаве 1 имеется нежелательная фаза Al5FeSi, а в сплавах 5 и 6 количество включений кремниевой фазы (Q1) слишком велико. Алюминиевая матрица сплава 1 содержит фазу Mg2Si, в которую связана часть магния.
Таблица 2 | |||||
Параметры структуры экспериментальных сплавов1 в термообработанном состоянии | |||||
№ | Q1 2, об.% | Наличие Fe-содержащих фаз | Наличие вторичных выделений в алюминиевой матрице | ||
Al15(FeMn)3Si2 | Al5FeSi | Al5Cu2Mg8Si6 | Mg2Si | ||
1 | 4,62 | + | + | + | + |
2 | 6,57 | + | - | + | - |
3 | 6,99 | + | - | + | - |
4 | 7,36 | + | - | + | - |
5 | 8,61 | + | - | + | - |
6 | 9,74 | + | - | + | - |
1 - составы см. в таблице 1, 2 - объемная доля эвтектических включений кремниевой фазы (расчет) |
ПРИМЕР 2
Из заявляемого сплава состава №3 (см. таблицу 1) в заводских условиях ОАО «УМПО» были залиты 10 шт. серийных отливок детали «Корпус редуктора» (Фигура 1), имеющей габаритные размеры 930×310×150 мм и преобладающую толщину стенки 4-5 мм, методом гравитационного литья в песчаную форму, изготовленную на основе фуранового связующего (ХТС) послойной печатью на установке S-15 (ProMetal) (Фигура 2).
Все отливки имели удовлетворительное качество: в них отсутствовали дефекты литейного происхождения, а механические свойства вырезанных образцов имели следующие значения: σв=315 МПа, σ0,2=250 МПа, δ=3,8%.
Claims (2)
1. Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, медь марганец и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Кремний 6,6-7,4
Магний 0,31-0,45
Медь 0,18-0,32
Марганец 0,15-0,45
Железо 0,15-0,4
Алюминий Остальное
при этом сплав имеет температуру ликвидуса от 608 до 620°С, температуру равновесного солидуса не ниже 552°С и структуру после термообработки по режиму Т6, содержащую количество включений кремниевой фазы от 6,4 до 7,5 об.%, причем железо в структуре сплава полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, а магний полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6.
при этом сплав имеет температуру ликвидуса от 608 до 620°С, температуру равновесного солидуса не ниже 552°С и структуру после термообработки по режиму Т6, содержащую количество включений кремниевой фазы от 6,4 до 7,5 об.%, причем железо в структуре сплава полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2, а магний полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6.
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде крупногабаритных отливок сложной формы, полученных литьем в разовые формы, при этом литой сплав имеет временное сопротивление на разрыв (σв) не менее 305 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 235 МПа, относительное удлинение (δ) не менее 3%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011149034/02A RU2485199C1 (ru) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Литейный алюминиевый сплав |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011149034/02A RU2485199C1 (ru) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Литейный алюминиевый сплав |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2485199C1 true RU2485199C1 (ru) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011149034/02A RU2485199C1 (ru) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Литейный алюминиевый сплав |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2485199C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009250C1 (ru) * | 1992-05-22 | 1994-03-15 | Курганский машиностроительный завод | Сплав на основе алюминия |
US20050155676A1 (en) * | 2001-07-10 | 2005-07-21 | Francois Cosse | High-ductility aluminium alloy part cast under pressure |
RU2405852C2 (ru) * | 2008-12-25 | 2010-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Литейный завод "РосАЛит" | Литейный алюминиевый сплав |
US20110100515A1 (en) * | 2008-04-30 | 2011-05-05 | Roger Neil Lumley | Aluminium based casting alloy |
-
2011
- 2011-12-02 RU RU2011149034/02A patent/RU2485199C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009250C1 (ru) * | 1992-05-22 | 1994-03-15 | Курганский машиностроительный завод | Сплав на основе алюминия |
US20050155676A1 (en) * | 2001-07-10 | 2005-07-21 | Francois Cosse | High-ductility aluminium alloy part cast under pressure |
US20110100515A1 (en) * | 2008-04-30 | 2011-05-05 | Roger Neil Lumley | Aluminium based casting alloy |
RU2405852C2 (ru) * | 2008-12-25 | 2010-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Литейный завод "РосАЛит" | Литейный алюминиевый сплав |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5012231B2 (ja) | 耐摩耗性に優れた高強度球状黒鉛鋳鉄品 | |
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 | |
JP5861254B2 (ja) | アルミニウム合金製鋳物およびその製造方法 | |
JP2009013480A (ja) | 鋳造用アルミニウム合金及び内燃機関用シリンダーヘッド | |
US11280292B2 (en) | Method for producing an engine component, engine component, and use of an aluminum alloy | |
KR20180132140A (ko) | 다이 캐스팅 합금 | |
KR20070009719A (ko) | 항공우주선 및 자동차 주물용 열 처리가능한Al-Zn-Mg 합금 | |
DE102011083969A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Motorbauteils und Motorbauteil | |
CN108977707B (zh) | 一种改性铝合金、熔铸方法 | |
RU2610578C1 (ru) | Высокопрочный сплав на основе алюминия | |
RU2660492C1 (ru) | Литейный алюминиево-кальциевый сплав | |
RU2415193C1 (ru) | Литейный сплав на основе алюминия | |
RU2714564C1 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
JP2005240129A (ja) | 耐熱マグネシウム合金鋳造品 | |
RU2485199C1 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
JP2022521212A (ja) | マグネシウム合金、そのマグネシウム合金によって製造されたピストン、及びそのピストンを製造するための方法 | |
RU2741874C1 (ru) | Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья | |
RU2490351C1 (ru) | Литейный сплав на основе алюминия | |
RU2708729C1 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
RU2441091C2 (ru) | Литейный алюминиевый сплав-(экономнолегированный высокопрочный силумин) | |
JP2005187895A (ja) | 耐熱マグネシウム合金鋳造品 | |
Vuksanovic et al. | Effect of chemical composition and T6 heat treatment on the mechanical properties and fracture behaviour of Al-Si alloys for IC engine components | |
CN111118358B (zh) | 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金 | |
RU2616734C1 (ru) | Литейный высококремнистый сплав на основе алюминия | |
DE102011083970A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Motorbauteils und Motorbauteil |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191203 |