RU2613234C2 - Литая латунь - Google Patents
Литая латунь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613234C2 RU2613234C2 RU2015120160A RU2015120160A RU2613234C2 RU 2613234 C2 RU2613234 C2 RU 2613234C2 RU 2015120160 A RU2015120160 A RU 2015120160A RU 2015120160 A RU2015120160 A RU 2015120160A RU 2613234 C2 RU2613234 C2 RU 2613234C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- alloy
- copper
- manganese
- chromium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Mechanical Operated Clutches (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу многокомпонентных деформируемых медных сплавов, содержащих Zn, Mn, Al, Si, Ni, Cr и предназначенных для получения литых заготовок, подвергающихся пластической обработке для изготовления деталей, работающих в условиях повышенного триботехнического износа. Литая латунь содержит цинк, марганец, алюминий, кремний, хром, никель и медь и имеет структуру, состоящую из твердорастворной матрицы, упрочненной интерметаллидами, причем частицы интерметаллидов имеют равноосную форму и состоят из сердечника из силицида хрома и оболочки из силицида марганца и распределены в объеме сплава с плотностью 50-138 тыс. частиц/мм3. Технический результат - повышение твердости литой латуни. 3 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемый объект относится к области металлургии, в частности к составу многокомпонентных деформируемых медных сплавов, содержащих Zn, Mn, Al, Si, Ni, Cr и предназначенных для получения литых заготовок, подвергающихся пластической обработке для изготовления деталей, работающих в условиях повышенного триботехнического износа. В некоторых случаях эти сплавы, иногда называемые сложнолегированными латунями, применяют для изготовления синхронизаторов коробок передач автомобилей.
Необходимые свойства латуней для изготовления указанных автомобильных деталей обеспечиваются правильно подобранными химическими и фазовыми составами, а также приемами литья [1].
В статье [2] приведен химический состав медного сплава для изготовления со следующим соотношением компонентов: 63% Cu, 8% Mn, 4% Al, 1% Si и 20% Zn и показано, что с увеличением содержания альфа-фазы твердость материала уменьшается, но повышается сопротивление износу. Недостатком сплава является отсутствие в его составе хрома, который обеспечивает возможность дополнительного упрочнения.
Фирма CHUETSU METAL WORKS получила патент [3] на заготовку из сплава на основе меди, содержащего 28-32% цинка, 3,5-5,5% алюминия, 0,5-2,0% железа, 1-3% никеля, 0,1-1,0% ниобия и 0,4-1,5% титана. В состав структуры сплава входят интерметаллидные соединения Ti-Ni-Fe-Al и Nb-Fe-Al. Наличие интерметаллидов позволяет значительно упрочнить сплав.
В соответствии с патентом фирмы MITSUBISHI METAL CORP [4] автомобильную деталь изготавливают из материала на основе меди, содержащего 20-40% цинка, 2-8% алюминия и, по крайней мере, двух компонентов, образующих интерметаллидные частицы и выбранных из числа следующих элементов: титана, циркония, хрома, железа, никеля, кобальта, марганца, кремния. Кроме того, рабочая поверхность кольца может содержать слой оксида алюминия толщиной 0,1-10 мкм.
Эта же фирма запатентовала заготовку на основе медного сплава, содержащего 20-40% цинка, 2-11% алюминия, и 1-5% металла из группы железа, никеля, кобальта, 0,1-4% титана, 0,01-0,5% магния [5]. Следующий патент этой фирмы [6] предполагал наличие в сплаве матрицы на основе α- и β'-фаз. По этому патенту слиток из латуни сложного состава, содержащей алюминий, никель, титан, магний, должен состоять из смеси α- и β-фаз. Слиток подвергается прессованию и горячей ковке, а затем финишной обработке для придания необходимой формы, при этом материал получает твердость 240HV. После отжига при 300-500°С металл разупрочняется до твердости 170-220HV, за счет чего достигается высокий срок службы деталей.
В патенте Японии [7] заявлен сплав для изготовления деталей автомобилей, содержащий 27-33% цинка, 3-4,5% алюминия, и 1,5-3% никеля 1-2% титана, 0,2-0,7% марганца, 0,005-0,5% железа, 0,01-0,1% кремния. Сплав должен иметь одинаковые по величине зерна α- или β-фаз с равномерно распределенными интерметаллическими частицами.
Большой объем исследований, направленных на улучшение характеристик износостойких деталей из медных сплавов, представлен фирмой MITSUBISHI METAL CORP в патенте [8]. Выработаны составы, требования к заготовкам и технологии их производства. В том числе предложены химические составы медных сплавов, содержащих, например 17-40% цинка, 2-11% алюминия, по крайней мере, один из элементов группы Fe, Ni, Со, Р, Са, Mn, Sn, Si, Pb.
Особенностью всех предложенных ранее технических решений является получение заготовки из специального сплава с заранее спроектированной структурой. В свою очередь особенностями структуры является наличие α- и β-фаз, а также присутствие интерметаллидных соединений, упрочняющих такую матрицу. Структурные составляющие матрицы представляют собой α-твердый раствор цинка в меди, имеющий ГЦК (гранецентрированную кубическую)-решетку, β-твердый раствор меди в цинке, имеющий ОЦК (объемноцентрированную кубическую)-решетку, силицидов железа, марганца или других компонентов, имеющих сложную гексагональную кристаллическую решетку. В сплаве фаза β присутствует в виде двухфазной (α+β) структуры в горячем состоянии (выше температуры 460°С) и в виде двухфазной (α+β') структуры в холодном состоянии (ниже температуры 460°С). Недостатком аналогов является отсутствие хрома, который обеспечивает две функции:
- он образует с марганцем интерметаллиды вида Mn5Si3, которые имеют гексагональную решетку и обладают повышенной твердостью;
- при содержании выше равновесного значения позволяет реализовать эффект термического упрочнения сплава при выполнении операций закалки и старения.
Наиболее близким объектом по совокупности существенных признаков является сплав на основе меди, описанный в патенте южно-корейской фирмы Poong San Metal Corporation [9].
По прототипу сплав на основе меди содержит медь, цинк, марганец, алюминий, кремний, хром, никель, а также интерметаллидные образования. Содержание компонентов в известном сплаве следующее, мас. %: 1-5 Al, 0,1-2 Si, 0,1-4 Cr, 1-5 Mn, 0,1-4 Ni, 54-66 Cu, остальное Zn и примеси. Фазовый состав сплава представлен альфа твердым раствором и альфа + бета смесью.
Часть легирующих элементов образуют частицы интерметаллидов на основе соединений Mn-Si, которые дополнительно упрочняют материал. Другие легирующие компоненты могут входить в состав α- и β-фаз. Интерметаллиды Mn-Si представляют собой неравноосные вытянутые частицы с соотношением длины к поперечному размеру 2-4, что является недостатком объекта по прототипу, поскольку предпочтительная ориентировка создает эффект анизотропии. Кроме того, недостатком прототипа является недостаточная твердость материала в литом состоянии, что обусловлено, скорее всего, недостаточной плотностью распределения частиц по объему материала, последняя величина в сплаве-прототипе не контролируется и не указывается.
Предлагается литая латунь, содержащая цинк, марганец, алюминий, кремний, хром, никель и медь и имеющая структуру, состоящую из твердорастворной матрицы, упрочненной интерметаллидами.
Латунь отличается тем, что интерметаллиды имеют равноосную форму и состоят из сердечника из силицида хрома и оболочки из силицида марганца, при этом частицы распределены в объеме латуни с плотностью распределения 50-138 тыс. частиц/мм3.
В отличие от прототипа наличие равноосных частиц приводит к эффекту изотропности, а композиционное строение упрочняющих частиц силицида хрома и силицида марганца позволяет добиться большей твердости конструкционного материала даже в литом состоянии, что доказывается выполненными экспериментами. В опытах показано также, что упрочняющий эффект создается при наличии необходимого количества частиц интерметаллидов в указанных пределах.
На фиг. 1 представлена микроструктура медного сплава при отсутствии упрочняющих частиц интеметаллидов заявляемого вида, на фиг. 2 представлена микроструктура медного сплава при количестве частиц интеметаллидов заявляемого вида, приводящем к существенному повышению твердости, на фиг. 3 представлено увеличенное изображение равноосной частицы, имеющей сердечник из силицида хрома и оболочку из силицида марганца.
Методика получения образцов из заявляемого материала заключалась в следующем.
Выплавляли сплав заданного химического состава, используя шихтовые материалы: медь катодная марки М00, никель катодный марки H1 по ГОСТ 849, цинк химически чистый, марганец марки Мн95 по ГОСТ 6008, кремний Kp1 по ГОСТ 2169, алюминий А7 по ГОСТ 11069, лигатура Cu-Si-Cr вакуумной плавки. Выплавку осуществляли в лабораторной печи сопротивления в графитовом тигле под слоем флюса Redox. Образцы заливали при температуре 1050-1080°С в графитовую изложницу, подогретую до 200°С. Охлаждение осуществляли на спокойном воздухе.
Для оценки качества металла и измерения твердости отливки подвергали токарной обработке с получением цилиндрических образцов диаметром 20, высотой 30 мм. Определяли химический состав образцов рентгенофлуоресцентным методом анализа с помощью прибора SPECTRO MIDEX XRF-13/1. В таблице указаны средние результаты по четырем измерениям в каждом из вариантов выполнения образцов. Здесь и далее химический состав будет указан в мас. %.
После подготовки поверхностей измеряли твердость по Бринеллю НВ, а также на фотографиях шлифов подсчитывали количество упрочняющих частиц. Методом микроспектрального анализа выявили, что определенное количество упрочняющих частиц представляет собой интерметаллиды Mn-Si.
На фиг. 1 представлена структура сплава, имеющего химический состав варианта 1 таблицы. Белая стрелка 1 на фиг. 1 указывает на частицу, имеющую стержневидную форму, можно увидеть и другие частицы подобной формы, размещенные по полю фотографии. Часть частиц имеют округлую форму в плоскости шлифа, например, это частица, отмеченная белой стрелкой 2. Это не говорит об их равноосности, поскольку по третьей координате, ортогональной плоскости фотографии, они имеют вытянутый размер, т.е. форма частицы остается стержневидной. Окраска указанных частиц однородно темная, измерения химического состава показывают, что все частицы являются интерметаллидами типа Mn-Si.
Следующие варианты 2-6 таблицы описывают состав и свойства сплава при наличии в его составе хрома. На фиг. 2 приведена микроструктура сплава химического состава по варианту 4. Белыми стрелками 1 и 2 показаны интерметаллиды типа Mn-Si, имеющие черный цвет. При этом в составе сплава выявлены интерметаллиды другого типа, на них указывают черные стрелки 3. Визуально интерметаллиды такого типа представляют собой обособленные частицы, имеющие темную оболочку и светлую сердцевину.
Увеличенное изображение такой частицы представлено на фиг. 3.
Микроспектральный анализ показывает, что темная оболочка имеет химический состав 26,69% Si, 62,04% Mn, незначительное содержание Cr на уровне 0,70%, остальное - это иные легирующие элементы и примеси, т.е. она представляет собой соединение типа Mn-Si. Светлая сердцевина имеет химический состав 16,60% Si и 77,06% Cr и тем самым представляет собой соединение типа Cr-Si.
Методами стереометрической металлографии [10, с. 77] выполнен подсчет количества упрочняющих частиц, содержащих интерметаллиды типа Cr-Si, в одном кубическом миллиметре материала N=n/Dcp, где n - количество интерметаллидов на 1 мм2, Dcp - средний размер интерметаллидов. Параметры n и Dcp определены по фотографиям темплетов образцов. Данные измерений усредняли и округляли с точностью до 1 тыс. штук /мм2.
Как видно из таблицы, диапазон изменения N составил 0-345 тыс. частиц/мм3. При количестве N=0-39 тыс. частиц/мм3 твердость образцов равна 231-233 НВ (варианты 1-3). В диапазоне N=50-138 тыс. частиц/мм3 (варианты 4-5) твердость существенно повысилась до 291-298 НВ. При N=345 тыс. частиц/мм3 твердость понизилась до 248 НВ, что является негативным результатом (вариант 6). Таким образом, выявлен оптимальный диапазон количества упрочняющих частиц, содержащих интерметаллиды типа Cr-Si, на уровне 50-138 тыс. частиц/мм3. Медный сплав в этом диапазоне параметра N (отмечены в таблице в колонке «Результат» знаком плюс) показывает повышенные характеристики твердости на уровне 291-298 НВ, что по сравнению с 232 НВ на 25-28% выше. Значения параметра N за пределами указанного диапазона не обеспечивают получение повышенной твердости (отмечены в таблице в колонке «Результат» знаком минус).
Можно отметить, что последующая обработка давлением сложнолегированных латуней может приводить к дополнительному повышению механических характеристик материала [11], поэтому показатели полученной твердости могут быть увеличены.
Таким образом, здесь показано достижение технического результата, заключающегося в повышении твердости сложнолегированного медного сплава в литом состоянии, если материал будет структурно упрочнен частицами указанного состава и в указанном количестве. Это позволяет использовать этот материал как конструкционный, не обязательно прибегая к дополнительным методам повышения свойств.
Источники информации
1. Патент РФ №2382099. Литая заготовка из латуни для изготовления колец синхронизаторов / Волков М.И., Логинов Ю.Н., Жукова Л.М., Титова А.Г., Мысик Р.К. Заявка №2007145286 от 23.11.07. МПК С22С 9/04. Бюл. №5 от 20.02.2010.
2. Mindivan Н., Cimenoglu Н., Kayali E.S. Microstructures and wear properties of brass synchroniser rings. Wear. 2003. V. 254. P. 532-537.
3. Патент US 5288683. Wear-resistant copper alloys and synchronizer rings for automobiles, comprising the same. Appl.: CHUETSU METAL WORKS (JP). Inv.: NAKASHIMA KUNIO. IPC C22C 9/04. Publ. 1994-02-22.
4. Патент US 4995924. Synchronizer ring in speed variator made of copper alloy. Appl.: MITSUBISHI METAL CORP (JP). Inv.: AKUTSU HIDETOSHI. IPC C22C 9/04. Publ. 1991-02-06.
5. Патент US 5788924. Wear resistant copper alloy and synchronizer ring made thereof. Appl.: MITSUBISHI METAL CORP (JP). Inv.: MAE YOSHIHARU, KOBAYASHI MASAO. IPC C22C 9/04. Publ. 1998-08-04.
6. Патент US 4995924. Production of synchronizer ring made of brass type copper alloy for automobile gearbox, excellent in seizure resistance. Appl.: MITSUBISHI METAL CORP (JP). TOYOTA MOTOR CORP (JP). Inv.: KOBAYASHI MASAO, MAE YOSHIHARU. IPC C22F 1/08. Publ. 1996-05-14.
7. Патент JP 2001355030. Copper alloy-made hot-die forged synchronizer rings having excellent fatigue strength in chamber part. Appl.: MITSUBISHI METAL CORP (JP). Inv.: KOBAYASHI MASAO. IPC C22C 9/04. Publ. 2001-12-25.
8. Патент US 4874439. Synchronizer ring in speed variator made of wear-resistent copper alloy having high strength and toughness. Appl.: MITSUBISHI METAL CORP (JP). Inv.: AKUTSU HIDETOSHI. IPC C22C 9/00. Publ. 1989-10-17.
9. Патент US 4851191. High strength and wear resistance copper alloys. Appl.: POONG SAN METAL CORPORATION. Inv.: KUN S. LEE, DONG K. PARK. IPC C22C 9/01. Publ. 1989-07-25.
10. Салтыков C.A. Стереометрическая металлография. - M.: Металлургия, 1976, 270 с.
11. Овчинников А.С., Логинов Ю.Н. Особенности прессования труб из сложнолегированной латуни ЛМцАЖКС. Производство проката, 2012, №4, с. 38-41.
Claims (1)
- Литая латунь, содержащая цинк, марганец, алюминий, кремний, хром, никель и медь и имеющая структуру, состоящую из твердорастворной матрицы, упрочненной частицами интерметаллидов, отличающаяся тем, что частицы интерметаллидов имеют равноосную форму и состоят из сердечника из силицида хрома и оболочки из силицида марганца, при этом частицы распределены в объеме латуни с плотностью 50-138 тыс. частиц/мм3 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120160A RU2613234C2 (ru) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Литая латунь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120160A RU2613234C2 (ru) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Литая латунь |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015120160A RU2015120160A (ru) | 2016-12-20 |
RU2613234C2 true RU2613234C2 (ru) | 2017-03-15 |
Family
ID=57759130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015120160A RU2613234C2 (ru) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Литая латунь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2613234C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2684132C1 (ru) * | 2018-04-02 | 2019-04-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Флюс для защитного покрытия расплава латуни |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4851191A (en) * | 1987-04-10 | 1989-07-25 | Poong San Metal Corporation | High strength and wear resistance copper alloys |
RU2148098C1 (ru) * | 1998-12-07 | 2000-04-27 | Сидякин Александр Васильевич | Сплав на основе меди |
RU2382099C2 (ru) * | 2007-12-06 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Ревдинский завод по обработке цветных металлов" | Литая заготовка из латуни для изготовления колец синхронизаторов |
CN102605210A (zh) * | 2012-03-26 | 2012-07-25 | 朱春来 | 一种复杂铜-锌合金的制造方法 |
CN102676875A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-09-19 | 杨晓锋 | 一种由复杂铜-锌合金制成的具有良好散热性能的壳体 |
-
2015
- 2015-05-27 RU RU2015120160A patent/RU2613234C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4851191A (en) * | 1987-04-10 | 1989-07-25 | Poong San Metal Corporation | High strength and wear resistance copper alloys |
RU2148098C1 (ru) * | 1998-12-07 | 2000-04-27 | Сидякин Александр Васильевич | Сплав на основе меди |
RU2382099C2 (ru) * | 2007-12-06 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Ревдинский завод по обработке цветных металлов" | Литая заготовка из латуни для изготовления колец синхронизаторов |
CN102605210A (zh) * | 2012-03-26 | 2012-07-25 | 朱春来 | 一种复杂铜-锌合金的制造方法 |
CN102676875A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-09-19 | 杨晓锋 | 一种由复杂铜-锌合金制成的具有良好散热性能的壳体 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2684132C1 (ru) * | 2018-04-02 | 2019-04-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Флюс для защитного покрытия расплава латуни |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015120160A (ru) | 2016-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5355320B2 (ja) | アルミニウム合金鋳物部材及びその製造方法 | |
US11286542B2 (en) | Aluminum alloy for die casting and functional component using the same | |
JP5703881B2 (ja) | 高強度マグネシウム合金およびその製造方法 | |
JP2008138249A (ja) | マグネシウム合金材およびその製造方法 | |
WO2020261636A1 (ja) | 快削性銅合金鋳物、及び、快削性銅合金鋳物の製造方法 | |
JP6796356B1 (ja) | 快削性銅合金、及び、快削性銅合金の製造方法 | |
JP4764094B2 (ja) | 耐熱性Al基合金 | |
JP2007063589A (ja) | 棒鋼・線材 | |
RU2558807C1 (ru) | Высокопрочный алюминиевый литейный сплав | |
US6805759B2 (en) | Shaped part made of an intermetallic gamma titanium aluminide material, and production method | |
WO2019102716A1 (ja) | 鋳造用モールド材、及び、銅合金素材 | |
RU2382099C2 (ru) | Литая заготовка из латуни для изготовления колец синхронизаторов | |
WO2018088351A1 (ja) | アルミニウム合金押出材 | |
RU2613234C2 (ru) | Литая латунь | |
CN111575554A (zh) | 一种高强度耐磨铝合金的生产方法 | |
US20180297109A1 (en) | CASTING MOLD MATERIAL AND Cu-Cr-Zr-Al ALLOY MATERIAL | |
JP3946684B2 (ja) | 熱間工具鋼 | |
EP1522600B1 (en) | Forged aluminium alloy material having excellent high temperature fatigue strength | |
Hu et al. | Microstructure evolution of semi-solid Mg2Si/A356 composites during remelting process | |
JPH05287427A (ja) | 冷間鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金とその製造方法 | |
JP4412594B2 (ja) | アルミニウム合金、棒状材、鍛造成形品、機械加工成形品、それを用いた陽極酸化皮膜硬さに優れた耐摩耗性アルミニウム合金、摺動部品、及びそれらの製造方法 | |
JP3920656B2 (ja) | ホウ素含有高剛性Al合金 | |
JP4704720B2 (ja) | 高温疲労特性に優れた耐熱性Al基合金 | |
WO2022211062A1 (ja) | アルミニウム合金材、その製造方法及び機械部品 | |
CN115141954B (zh) | 铜合金及其制造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180528 |