RU2501880C1

RU2501880C1 - Method of hot isostatic forming of billets from aluminium alloys

Info

Publication number: RU2501880C1
Application number: RU2012150383/02A
Authority: RU
Inventors: Альберт Андреевич Тихонов; Святослав Федорович Маринин; Виктор Николаевич Бутрим; Александр Германович Береснев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит")
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-12-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: proposed method comprises heat processing of billet of aluminium alloy to solid solution without further ageing and hot isostatic forming in gas at heating temperature 30-100°C lower than that of allot heating for tempering, 90-160 MPa and curing for 1-3 hours.

EFFECT: better mechanical properties owing to elimination of pipes and thermal reflow of inclusions of complex-composition fusible eutectics.

3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для улучшения качества отливок из алюминиевых сплавов эвтектического типа и сплавов типа твердого раствора за счет устранения в них усадочных пор и раковин.The invention relates to the field of metallurgy and can be used to improve the quality of castings from aluminum alloys of the eutectic type and alloys of the type of solid solution by eliminating shrinkage pores and shells in them.

В изделиях современного машиностроения широко используются литые детали из алюминиевых сплавов. Однако применение технологических процессов со сложной литниково-питающей системой и созданием направленной кристаллизации не обеспечивает получение отливок без раковин и пор усадочного происхождения. Причиной появления в отливках такого рода дефектов служит разница объемов жидкого и твердого сплава и дефицит жидкой фазы у фронта кристаллизации, особенно в отдельных массивных зонах отливки, сопредельных со сравнительно тонкими стенками. В сплавах эвтектического типа систем Al-Si-Mg и Al-Si-Cu-Mg усадочные поры и раковины соседствуют с равновесными и неравновесными эвтектиками. В сплавах типа твердого раствора систем Al-Cu и Al-Mg усадочные дефекты располагаются на стыке зерен твердого раствора, а также по соседству с неравновесными эвтектиками.In the products of modern engineering, cast parts made of aluminum alloys are widely used. However, the use of technological processes with a complex gate-feeding system and the creation of directional crystallization does not provide castings without shells and pores of shrinkage origin. The reason for the appearance of such defects in castings is the difference in the volumes of the liquid and hard alloys and the deficit of the liquid phase at the crystallization front, especially in separate massive casting zones adjacent to relatively thin walls. In eutectic type alloys of the Al-Si-Mg and Al-Si-Cu-Mg systems, shrink pores and shells are adjacent to equilibrium and nonequilibrium eutectics. In alloys of the type of solid solution of the Al-Cu and Al-Mg systems, shrinkage defects are located at the junction of the grains of the solid solution, as well as in the vicinity of nonequilibrium eutectics.

Наиболее эффективным средством борьбы с таким усадочными дефектами является горячее изостатическое прессование (ГИП) отливок. ГИП заключается во всестороннем сжатии отливок рабочей средой (газом или расплавом солей) при определенных значениях температуры, давления и времени выдержки в специальных агрегатах (газостатах). Устранение внутренних, т.е. не сообщающихся с поверхностью, раковин и пор происходит, главным образом, за счет пластической деформации материала отливки в районе расположения этих пустот. Под воздействием всестороннего сжатия материал отливки деформируется и постепенно «заполняет» пустоту, стенки поры или раковины сближаются, смыкаются и диффузионно сращиваются (свариваются). В полости внутренней усадочной поры или раковины присутствует или вакуум или под низким давлением водород, который был растворен в жидком алюминиевом сплаве. Этот водород не будет препятствовать «захлопыванию» поры или раковины, поскольку под воздействием температуры и давления он будет диффундировать в материал отливки, частично растворяясь в нем, и уходить в рабочую среду газостата. Температура газостатирования должна быть достаточной для приведения материала отливок в пластическое состояние без формоизменения отливок под собственным весом и без оплавления структурных составляющих сплава. Давление должно обеспечивать за достаточное время пластическую деформацию материала отливки в зоне расположения пустот и их устранение.The most effective way to deal with such shrinkage defects is hot isostatic pressing (GUI) of the castings. The ISU consists in the comprehensive compression of the castings by the working medium (gas or molten salt) at certain values of temperature, pressure and holding time in special units (gasostats). Elimination of internal, i.e. shells and pores not communicating with the surface mainly occur due to plastic deformation of the casting material in the region where these voids are located. Under the influence of all-round compression, the material of the casting is deformed and gradually “fills” the void, the walls of the pores or shells come together, join, and diffusely coalesce (weld). In the cavity of the internal shrink pore or shell, either vacuum or low pressure hydrogen is present, which was dissolved in a liquid aluminum alloy. This hydrogen will not interfere with the “slamming” of the pores or shells, since under the influence of temperature and pressure it will diffuse into the casting material, partially dissolving in it, and go into the working environment of the gas bath. The temperature of gas conditioning should be sufficient to bring the material of the castings into a plastic state without shaping the castings under their own weight and without melting the structural components of the alloy. The pressure should provide for a sufficient time plastic deformation of the casting material in the zone of the location of voids and their elimination.

Температуру ГИП отливок прежде назначали равной или близкой температуре нагрева сплава под закалку /В.М. Уваров, Н.С. Постников, Ю.Д. Носков, А.А. Тихонов. Повышение качества и надежности отливок из алюминиевых сплавов горячим изостатическим прессованием. М. «Металлургия», «Литейное производство» 1978 №8 c.15-16/ //James T. Staley Jr., Mwat Tiryakioglu, John Campbell. The effect of hot isostatic pressing (HIP) on the fatgue life jf A206-T71 aluminum castings. Materials Science and Engineering A465 2007 p.136-145//.The temperature of the ISU castings was previously assigned to be equal to or close to the temperature of heating the alloy for quenching / B.M. Uvarov, N.S. Postnikov, Yu.D. Noskov, A.A. Tikhonov. Improving the quality and reliability of castings from aluminum alloys by hot isostatic pressing. M. "Metallurgy", "Foundry" 1978 No. 8 c.15-16 / // James T. Staley Jr., Mwat Tiryakioglu, John Campbell. The effect of hot isostatic pressing (HIP) on the fatgue life jf A206-T71 aluminum castings. Materials Science and Engineering A465 2007 p.136-145 //.

Такой подход к выбору температуры газостатирования отливок является неправомерным, поскольку в структуре промышленных отливок из алюминиевых сплавов в зависимости от их химического состава и содержания допустимых примесей могут присутствовать равновесные и неравновесные эвтектики сложного состава с температурой плавления ниже температуры нагрева сплава под закалку (таблица 1). В состав промышленных отливок из алюминиевых сплавов могут входить допустимые примеси, например из сплава АК9ч - до 0,3% Cu, 0,3% Zn и 0,6-0,9% Fe, из сплава АМ4,5Кд - до 0,05% Mg, 0.2% Si, 0,15%Fe, из сплава АМг6лч - 0,05% Cu, 0,05% Si. 0,05% Fe. /ГОСТ 1583-93. Сплавы литейные алюминиевые. Технические условия/. Эти примеси с компонентами сплавов образуют интерметаллиды и могут участвовать в создании эвтектик сложного состава с температурой плавления на 5-15°С ниже, указанной в таблице 1.Such an approach to the choice of the gas temperature of the castings is unlawful, since the structure of industrial castings of aluminum alloys, depending on their chemical composition and the content of permissible impurities, may contain equilibrium and nonequilibrium eutectics of complex composition with a melting temperature below the temperature of the alloy under quenching (table 1). The composition of industrial castings from aluminum alloys may include permissible impurities, for example, from AK9ch alloy - up to 0.3% Cu, 0.3% Zn and 0.6-0.9% Fe, from AM4.5Kd alloy - up to 0.05 % Mg, 0.2% Si, 0.15% Fe, from AMg6lch alloy - 0.05% Cu, 0.05% Si. 0.05% Fe. / GOST 1583-93. Cast aluminum alloys. Technical conditions. These impurities with alloy components form intermetallic compounds and can participate in the creation of eutectics of complex composition with a melting point of 5-15 ° C below that specified in table 1.

Таблица 1Table 1 Температуры нагрева под закалку литейных алюминиевых сплавов, состав сложных равновесных и неравновесных эвтектик и их температуры плавленияHeating temperatures for quenching of cast aluminum alloys, composition of complex equilibrium and nonequilibrium eutectics and their melting points Система сплаваAlloy system Марка сплаваAlloy grade Температура, °С и время нагрева под закалкуTemperature, ° С and hardening time Состав эвтектики¹⁾ The composition of the eutectic ¹⁾ Температура плавления эвтектики¹⁾, °СEutectic melting point ¹⁾ , ° С Al-Si-MgAl-Si-Mg AK9ч²⁾ AK9ch ²⁾ 535/до 6 ч²⁾ 535 / up to 6 h ²⁾ Al-SiAl-si 577577 A356³⁾ A356 ³⁾ 538/до 10 ч³⁾ 538 / up to 10 h ³⁾ Al-Mg₂Si-SiAl-Mg ₂ Si-Si 555555 Al-Si-Cu-MgAl-Si-Cu-Mg АК5М2²⁾ AK5M2 ²⁾ 525/до 5 ч²⁾ 525 / up to 5 h ²⁾ Al-CuAl₂-SiAl-CuAl ₂ -Si 525525 354³⁾ 354 ³⁾ 527/до 10 ч³⁾ 527 / up to 10 h ³⁾ Al-CuAl₂-Cu₂Mg₈Si₆Al₅-SiAl-CuAl ₂ -Cu ₂ Mg ₈ Si ₆ Al ₅ -Si 507507 АМ4,5Кд²⁾ AM4.5cd ²⁾ 545/до 14 ч²⁾ 545 / up to 14 h ²⁾ Al-CuAl₂ Al-CuAl ₂ 548548 Al-CuAl-cu 142³⁾ 142 ³⁾ 516/до 6 ч³⁾ 516 / up to 6 h ³⁾ Al-CuAl₂-CuMgAl₂ Al-CuAl ₂ -CuMgAl ₂ 507507 Al-CuAl₂-CuMgAl₂-Mg₂SiAl-CuAl ₂ -CuMgAl ₂ -Mg ₂ Si 500500 АМг6лч²⁾ AMg6lch ²⁾ 430/до 20 ч²⁾ 430 / up to 20 h ²⁾ Al-Mg₅Al₈ Al-Mg ₅ Al ₈ 450450 Al-MgAl-Mg АМг10ч²⁾ AMg10ch ²⁾ Al-Mg₅Al₈-Mg₂SiAl-Mg ₅ Al ₈ -Mg ₂ Si 449449 Al-Mg₅Al₈-Mg₂Si-FeAl₃ Al-Mg ₅ Al ₈ -Mg ₂ Si-FeAl ₃ 448448 1) Л.Ф.Мондольфо. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: «Металлургия». 1979.1) L.F. Mondolfo. The structure and properties of aluminum alloys. M .: "Metallurgy". 1979. 2) ГОСТ 1583-93. Сплавы литейные алюминиевые. Технические условия.2) GOST 1583-93. Cast aluminum alloys. Technical conditions 3) Алюминий. Металловедение, обработка и применение алюминиевых сплавов. Перевод с английского под ред. А.Т.Туманова и др. М.: «Металлургия». 1972.3) Aluminum. Metal science, processing and use of aluminum alloys. Translation from English, ed. A.T. Tumanova and others. M .: "Metallurgy". 1972.

Скопления легкоплавких эвтектик сосредотачиваются в массивных частях отливки, куда они «оттесняются» фронтом кристаллизации и где они затвердевают в последнюю очередь. Газостатирование отливок при температуре нагрева под закалку неизбежно вызовет оплавление таких скоплений эвтектик. Это подтвердилось исследованиями каплеобразных образований на внутренней стенке крупногабаритных корпусных с массивными частями отливок из сплава АК9ч, подвергнутых ГИП при температуре нагрева под закалку этого сплава (535°C). /А.А. Тихонов, С.Ф. Маринин, В.Н. Бутрим, А.Г. Береснев, В.А. Дубровский, В.А. Переславцев. Опыт повышения качества и работоспособности отливок сложной конфигурации из сплава АК9ч. М. «Литейщик России». 2012. №2. с.24-26./Accumulations of fusible eutectics are concentrated in the massive parts of the casting, where they are "pushed out" by the crystallization front and where they harden last. Gas temperature control of castings at a temperature of heating for quenching will inevitably cause the melting of such eutectic accumulations. This was confirmed by studies of droplet-shaped formations on the inner wall of large-sized case with massive parts of castings made of AK9ch alloy subjected to HIP at a heating temperature for quenching of this alloy (535 ° C). / A.A. Tikhonov, S.F. Marinin, V.N. Butrim, A.G. Beresnev, V.A. Dubrovsky, V.A. Pereslavtsev. Experience in improving the quality and performance of castings of complex configuration from AK9ch alloy. M. "Foundry worker of Russia." 2012. No2. p.24-26. /

По патенту автора Kato Tatsuhiko (JP) EP 1300483 (А2), Method and apparatus/or reducing blow holes existing in a light alloy cast by HIP, and molten salt and a salt core used for the method, опубликованного 04.09.2003 г., газостатическое уплотнение отливок из легких сплавов производится при температуре на 5-100°С ниже температуры плавления легкоплавкой фазы в сплаве. В качестве рабочей среды при ГИП в патенте используется расплавленная соль. Однако этот патент не может быть использован для уплотнения отливок ответственного назначения из алюминиевых или магниевых сплавов. Реальные отливки, особенно крупногабаритные, кроме внутренних пор или раковин характеризуются наличием открытой поверхностной пористости, которая может простираться в отливку на довольно большую глубину (до 5-15 мм) и не может устраняться газостатированием. Расплавленная соль в процессе ГИП будет проникать в эту открытую пористость и оставаться там после завершения ГИП. Такие солевые включения в тело отливки будут снижать коррозионную стойкость литых деталей и ухудшать их товарный вид. Кроме того, затруднительно найти в литературе температуры плавления эвтектик алюминиевых сплавов, в образовании которых кроме компонентов сплава участвуют и допустимые примеси.Patented by Kato Tatsuhiko (JP) EP 1300483 (A2), Method and apparatus / or reducing blow holes existing in a light alloy cast by HIP, and molten salt and a salt core used for the method, published on September 4, 2003, gas-static compaction of castings from light alloys is carried out at a temperature of 5-100 ° C below the melting temperature of the low-melting phase in the alloy. As a working medium for ISU, molten salt is used in the patent. However, this patent cannot be used to seal casts of critical use from aluminum or magnesium alloys. Real castings, especially large ones, in addition to internal pores or shells, are characterized by the presence of open surface porosity, which can extend into the casting to a rather great depth (up to 5-15 mm) and cannot be eliminated by gas conditioning. The molten salt in the process of the ISU will penetrate into this open porosity and remain there after completion of the ISU. Such salt inclusions in the body of the casting will reduce the corrosion resistance of cast parts and worsen their presentation. In addition, it is difficult to find in the literature the melting points of eutectics of aluminum alloys, in the formation of which, in addition to alloy components, admissible impurities are also involved.

По принятому за прототип патенту USA 3,496,624 D.Kerr, R.Lemon, E.Stonebrook, CASTING, опубликованному 24.02.1970 г., уплотнение отливок из алюминия и алюминиевых сплавов производится газом (гелием) в автоклаве при температуре от 600 до 900F (от 333 до 482°С), давлении от 3000 до 20000 p.s.i. (примерно от 21 до 138 МПа) продолжительностью до 2 часов. Газостатическому прессованию подвергались отливки цилиндрической формы размером ⌀6×8 дюймов (⌀152×203 мм) из сплава 354 (масс.%: Al+9Si+0,5Mg+1,8Cu) и в виде поршня дизельного двигателя 05,5х6,5 дюймов (⌀140×165 мм) из сплава 142 (масс.%: Al+4,5Cu+l,5Mg+2Ni). После газостатирования отливки проходят термическую обработку на твердый раствор с последующим старением. Данное изобретение характеризуется следующими недостатками:According to the US patent 3,496,624 for the prototype D.Kerr, R. Lemon, E. Stonebrook, CASTING, published on 02.24.1970, aluminum and aluminum alloy castings are sealed by gas (helium) in an autoclave at temperatures from 600 to 900F (from 333 to 482 ° C), pressure from 3000 to 20,000 psi (from about 21 to 138 MPa) lasting up to 2 hours. Cylindrical castings measuring размером6 × 8 inches (⌀152 × 203 mm) from 354 alloy (mass%: Al + 9Si + 0.5Mg + 1.8Cu) and in the form of a piston of a diesel engine 05.5x6.5 were subjected to gas-static pressing inches (⌀140 × 165 mm) of alloy 142 (wt.%: Al + 4,5Cu + l, 5Mg + 2Ni). After gas conditioning, the castings undergo heat treatment for solid solution with subsequent aging. This invention is characterized by the following disadvantages:

1. В примере использования патента показаны результаты исследования влияния газостатирования на устранение усадочных пор и механические свойства отливок довольно небольших габаритов и простой конфигурации. В подобных отливках легкоплавкие эвтектики или отсутствуют или находятся в небольшом количестве. В структуре крупных отливок, особенно с наличием массивных частей, габаритом более 500 мм из сплавов эвтектического типа систем Al-Si-Mg и Al-Si-Cu-Mg будут присутствовать, независимо от природы сплава, скопления эвтектик, в том числе и неравновесного типа, с температурой плавления, приведенной в таблице 1. Газостатирование при температурах, указанных в патенте, не вызовет оплавления таких эвтектик. Однако последующая термическая обработка по принятым режимам отливок из сплавов данных систем, например сплавов марок АК9ч, А356, АК5М2, 354 и др., будет сопровождаться оплавлением эвтектических образований. Поскольку термическая обработка подобных сплавов осуществляется при атмосферном давлении, сплавившиеся эвтектики остаются в теле отливки. При охлаждении отливок в процессе закалки сплавившиеся эвтектические скопления кристаллизуются и в теле отливки возникают вторичные усадочные поры. Кроме того, в литой структуре сплавов данных систем всегда имеются первичные фазы типа Mg2Si и других интерметаллидов, которые будут затруднять пластическую деформацию материала отливок при газостатировании.1. In an example of using a patent, the results of a study of the effect of gas stabilization on the elimination of shrinkage pores and the mechanical properties of castings of rather small dimensions and simple configuration are shown. In such castings, low-melting eutectics are either absent or in small quantities. In the structure of large castings, especially with massive parts larger than 500 mm in alloys of a eutectic type, Al-Si-Mg and Al-Si-Cu-Mg systems will contain, regardless of the nature of the alloy, accumulations of eutectics, including nonequilibrium type , with the melting temperature shown in table 1. Gas control at the temperatures indicated in the patent will not cause the melting of such eutectics. However, subsequent heat treatment according to the accepted regimes of castings from alloys of these systems, for example, alloys of grades AK9ch, A356, AK5M2, 354, etc., will be accompanied by fusion of eutectic formations. Since the heat treatment of such alloys is carried out at atmospheric pressure, fused eutectics remain in the body of the casting. When castings are cooled during quenching, fused eutectic aggregates crystallize and secondary shrink pores appear in the casting body. In addition, in the cast structure of the alloys of these systems, there are always primary phases such as Mg2Si and other intermetallic compounds, which will complicate the plastic deformation of the material of the castings during gas conditioning.

2. В литой структуре отливок из алюминиевых сплавов типа твердого раствора системы Al-Cu, таких как АМ4,5Кд и 142, существуют первичные фазы типа CuAl₂, которые располагаются в грубой форме, главным образом, по границам зерен твердого раствора и характеризуются большой твердостью и хрупкостью. Вместе с тем, в условиях довольно быстрой кристаллизации промышленных отливок по границам зерен могут находиться прослойки некоторого количества неравновесной эвтектики. /А. Оно. Затвердевание металлов. М. «Металлургия». 1980/. Нагрев при ГИП отливок из таких сплавов, в частности сплава 142, будет способствовать некоторому растворению первичных фаз в матрице твердого раствора. Однако, за короткое время газостатирования (до 2 часов) не обеспечивается полного растворения частиц этих фаз, а их высокая твердость и хрупкость будут тормозить пластическую деформацию при устранении усадочных дефектов. Полное растворение частиц первичных фаз и неравновесной эвтектики осуществляется при длительном нагреве под закалку (6-14 часов). Подобное обстоятельство присуще и для сплавов типа твердого раствора системы Al-Mg, в литой структуре которых присутствуют довольно твердые и хрупкие первичные фазы типа Mg5Alg.2. In the cast structure of castings from aluminum alloys such as Al-Cu system solid solution, such as AM4.5Kd and 142, there are primary phases of the CuAl ₂ type, which are located in a rough form, mainly along the grain boundaries of the solid solution and are characterized by high hardness and fragility. At the same time, under conditions of fairly rapid crystallization of industrial castings along the grain boundaries, there may be layers of a certain amount of nonequilibrium eutectic. /BUT. It. Hardening of metals. M. "Metallurgy". 1980 /. Heating during HIP castings from such alloys, in particular alloy 142, will contribute to some dissolution of the primary phases in the matrix of the solid solution. However, for a short time of gas stabilization (up to 2 hours), the complete dissolution of particles of these phases is not ensured, and their high hardness and brittleness will inhibit plastic deformation while eliminating shrinkage defects. Complete dissolution of the particles of the primary phases and nonequilibrium eutectic is carried out with prolonged heating for quenching (6-14 hours). A similar circumstance is also characteristic of alloys of the type of solid solution of the Al-Mg system, in the cast structure of which there are rather hard and brittle primary phases of the Mg5Alg type.

Таким образом, газостатирование отливок из алюминиевых сплавов по данному патенту, хотя и не приводит к оплавлению легкоплавких эвтектик, однако реализуется при неблагоприятных для пластической деформации структурном состоянии материала отливок.Thus, gas control of castings of aluminum alloys according to this patent, although it does not lead to the melting of low-melting eutectics, is realized when the structural state of the casting material is unfavorable for plastic deformation.

3. В качестве рабочей среды при ГИП применяется дорогой газ гелий.3. An expensive helium gas is used as the working medium for ISU.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является создание способа горячего изостатического прессования отливок из алюминиевых сплавов, как эвтектического типа, так и типа твердого раствора, обеспечивающего устранение внутренних усадочных пор и раковин и не допускающего оплавления включений легкоплавких эвтектик сложного состава.The problem of the present invention is the creation of a method for hot isostatic pressing of castings from aluminum alloys, both eutectic type and type of solid solution, which eliminates internal shrinkage pores and shells and does not allow fusion of inclusions of low-melting eutectics of complex composition.

Ожидаемый технический результат заключается в улучшении качества и увеличении показателей механических свойств отливок из алюминиевых сплавов.The expected technical result is to improve the quality and increase the mechanical properties of castings from aluminum alloys.

Для решения поставленной задачи в способе горячего изостатического прессования в газовой рабочей среде отливок из алюминиевых сплавов перед газостатированием отливки подвергаются стандартной термической обработке на твердый раствор без последующего старения, причем температура нагрева при газостатировании на 30-100°С ниже температуры нагрева сплава под закалку по стандартной термической обработке, давлении 90-160 МПа и времени выдержки в течение 1-3 часов. В качестве рабочей среды используется аргон или азот (инертные газы по отношению к алюминиевым сплавам).To solve the problem in a method of hot isostatic pressing in a gas working environment, castings of aluminum alloys are subjected to standard heat treatment of a solid solution without subsequent aging before gas-conditioning, the heating temperature during gas-conditioning is 30-100 ° C lower than the temperature of heating the alloy for quenching according to standard heat treatment, pressure 90-160 MPa and exposure time for 1-3 hours. Argon or nitrogen (inert gases with respect to aluminum alloys) is used as the working medium.

При нагреве отливок под закалку произойдет растворение в матрице сплава первичных фаз и неравновесных эвтектик. Это повысит пластичность сплавов и обеспечит лучшие условия осуществления пластической деформации материала отливок в зонах расположения внутренних пор и раковин и, следовательно, облегчит процесс «захлопывания» этих дефектов. Такой способ ГИП отливок из алюминиевых сплавов позволит устранить не только первичные усадочные поры и раковины, но и вторичные поры, которые могут образоваться в результате оплавления при нагреве под закалку включений эвтектик сложного состава. Отливки после газостатирования по такому способу подвергаются стандартной термической обработке.When the castings are quenched, the primary phases and nonequilibrium eutectics dissolve in the alloy matrix. This will increase the ductility of the alloys and provide better conditions for the plastic deformation of the material of the castings in the areas of the location of internal pores and shells and, therefore, facilitate the process of "collapse" of these defects. This method of ISU casting from aluminum alloys will eliminate not only the primary shrinkage pores and shells, but also secondary pores that can form as a result of melting when heated to hardening inclusions of eutectics of complex composition. Castings after gas conditioning by this method are subjected to standard heat treatment.

Практическая проверка предлагаемого изобретения проводилась путем испытания механических свойств и оценкой пористости на образцах, вырезанных из тела отливок. Газостатированию подвергались отливки в литом состоянии и отливки, прошедшие предварительную стандартную термическую обработку на твердый раствор (закалка без старения).A practical verification of the invention was carried out by testing the mechanical properties and evaluating the porosity of the samples cut from the body of the castings. The gas castings were subjected to castings and castings that underwent preliminary standard heat treatment for solid solution (quenching without aging).

В качестве газовой рабочей среды использовался аргон.Argon was used as the gas working medium.

Исследовались отливки в песчаную форму типа «корпус» из сплава АК9ч (масс.%: Al+9,5Si+0,22Mg+0,3Mn+0,4Fe+0,2Cu), типа «кронштейн» из сплава АМ4,5Кд (масс.%: Al+4,9Cu+0,2Ti+0,17Cd+0,55Mn+0,13Fe) и типа «фитинг» из сплава АМг6лч (масс.%: Al+6,8Mg+0,15Zr+0,12Ti+0,08Be+0,05Si+0,05Fe).We studied sand castings of the “body” type from AK9ch alloy (wt.%: Al + 9.5Si + 0.22Mg + 0.3Mn + 0.4Fe + 0.2Cu), the “bracket” type from the AM4.5Kd alloy ( wt.%: Al + 4.9Cu + 0.2Ti + 0.17Cd + 0.55Mn + 0.13Fe) and a fitting type of AMg6lch alloy (wt.%: Al + 6.8Mg + 0.15Zr + 0 , 12Ti + 0.08Be + 0.05Si + 0.05Fe).

Часть отливок газостатировалась в литом состоянии, а другая часть после термической обработке на твердый раствор по стандартным режимам /ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические требования/:Part of the castings was gas-stabilized in the cast state, and the other part after heat treatment for solid solution according to standard conditions / GOST 1583-93 “Cast aluminum alloys. Technical requirements/:

- отливки из сплава АК9ч - нагрев под закалку при Т=535±5°С, время выдержки 6 часов, закалка в воде;- AK9ch alloy castings — quenching heating at T = 535 ± 5 ° C, holding time 6 hours, quenching in water;

- отливки из сплава АМ4,5Кд - нагрев под закалку при Т=545±3°С, время выдержки 12 часов, закалка в воде;- castings from alloy AM4.5Kd - heating under quenching at T = 545 ± 3 ° C, holding time 12 hours, quenching in water;

- отливки из сплава АМг6лч - нагрев под закалку при Т=430±10°С, время выдержки 20 часов, закалка в воде.- AMg6lch alloy castings - quenching heating at T = 430 ± 10 ° C, holding time 20 hours, quenching in water.

Отливки в литом состоянии и отливки, прошедшие предварительную термическую обработку, подвергались одновременному ГИП в среде аргона по следующим режимам:Castings in a cast state and castings that underwent preliminary heat treatment were subjected to simultaneous ISU in argon medium in the following modes:

- отливки из сплава АК9ч - Т=490±5°С, Р=130±10 МПа, время 2,5 часа;- AK9ch alloy castings - T = 490 ± 5 ° C, P = 130 ± 10 MPa, time 2.5 hours;

- отливки из сплава АМ4,5Кд - Т=490±5°С, Р=140±10 МПа, время 1,5 часа;- castings from alloy AM4.5 Kd - T = 490 ± 5 ° C, P = 140 ± 10 MPa, time 1.5 hours;

- отливки из сплава АМг6лч - Т=390±5°С, Р=100±10 МПа, время 3,0 часа.- castings from AMg6lch alloy - T = 390 ± 5 ° C, P = 100 ± 10 MPa, time 3.0 hours.

Все отливки после газостатирования термически обрабатывались по стандартным режимам: отливки из сплава АК9ч - по Т6, отливки из сплава АМ4,5Кд - по Т6, отливки из сплава АМг6лч - по Т4.All castings after gas conditioning were thermally processed according to standard conditions: castings from AK9ch alloy according to T6, castings from AM4.5Kd alloy according to T6, castings from AMg6lch alloy according to T4.

Результаты испытания механических свойств на вырезанных образцах из отливок, обработанных ГИП по предлагаемому способу и по способу прототипа, представлены в таблице 2.The results of the test of mechanical properties on cut samples from castings processed by ISU by the proposed method and by the prototype method are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Марка сплаваAlloy grade Показатели свойствProperty metrics Предлагаемый способ ГИПThe proposed method of ISU Способ ГИП по прототипуGUI prototype method σ_в, МПаσ _in , MPa δ₅, %δ ₅ ,% σ_в, МПаσ _in , MPa δ₅, %δ ₅ ,% АК9чAK9ch 209-238209-238 2,8-4,02.8-4.0 198-213198-213 1,6-2,41.6-2.4 АМ4,5КдAM4.5cd 483-502483-502 8,6-11,38.6-11.3 475-492475-492 7,3-9,37.3-9.3 АМг6лчAMg6lch 307-318307-318 22,4-24,622.4-24.6 295-310295-310 20,8-21,720.8-21.7

Металлографическими исследованиями было установлено, что до газостатирования в отливках (в литом и в закаленном состояниях) из сплава АК9ч присутствовали отдельные усадочные раковины размером от 3 до 8 мм, в отливках из сплавов АМ4,5Кд и АМг6лч находились рассеянные раковины размером от 0,5 до 3 мм. После газостатирования по предлагаемому способу в отливках из этих сплавов не выявлено остаточных пор и следов оплавления эвтектик, а по способу прототипа в отливках остались поры размером 0,002-0,007 мм без следов оплавления эвтектик.Metallographic studies showed that prior to gas conditioning, individual shrink shells from 3 to 8 mm in size were present in castings (in cast and hardened states) from AK9ch alloy, and scattered shells from 0.5 to 3 mm. After gas stabilization according to the proposed method, no residual pores and traces of eutectic fusion were found in castings from these alloys, and according to the prototype method, pores of 0.002-0.007 mm in size without traces of fusion of eutectics remained in the castings.

Таким образом, применение предлагаемого способа горячего изостатического прессования отливок из алюминиевых сплавов эвтектического типа и типа твердого раствора способствует устранению усадочных пор и раковин, увеличению показателей механических свойств материала отливок и не вызывает оплавления эвтектик сложного состава.Thus, the application of the proposed method for hot isostatic pressing of castings from aluminum alloys of the eutectic type and type of solid solution helps to eliminate shrinkage pores and shells, increase the mechanical properties of the material of the castings and does not cause fusion of eutectics of complex composition.

Claims

1. The method of hot isostatic pressing in a gas working environment of castings from aluminum alloys, characterized in that before pressing the castings are subjected to heat treatment for a solid solution, and pressing is carried out at a heating temperature of 30-100 ° C below the temperature of the alloy under quenching, pressure 90 -160 MPa and holding time for 1-3 hours

2. The method of hot isostatic pressing according to claim 1, characterized in that argon is used as the working medium.

3. The method of hot isostatic pressing according to claim 1, characterized in that nitrogen is used as the working medium.