RU2793657C1 - Casting aluminium alloy - Google Patents
Casting aluminium alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793657C1 RU2793657C1 RU2022125349A RU2022125349A RU2793657C1 RU 2793657 C1 RU2793657 C1 RU 2793657C1 RU 2022125349 A RU2022125349 A RU 2022125349A RU 2022125349 A RU2022125349 A RU 2022125349A RU 2793657 C1 RU2793657 C1 RU 2793657C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calcium
- zinc
- aluminum
- silicon
- magnesium
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении отливок сложной конфигурации литьем в металлическую форму, преимущественно литьем под давлением. The invention relates to the field of metallurgy, namely to aluminum-based alloys, and can be used to obtain castings of complex configuration by casting into a metal mold, mainly by injection molding.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Обычно отливки сложной конфигурации изготавливают из термически неупрочняемых и упрочняемых сплавов, преимущественно на основе систем Al-Si и Al-Mg. Отливки, полученные из сплавов на основе системы Al-Si c добавками магния и/или меди, предназначенные для наиболее ответственных деталей, как правило, используют после термической обработки до состояний T7, Т6 и Т5 для увеличения прочностных свойств.Usually, castings of complex configuration are made from non-hardenable and hardenable alloys, mainly based on Al-Si and Al-Mg systems. Castings obtained from alloys based on the Al-Si system with additions of magnesium and/or copper, intended for the most critical parts, as a rule, are used after heat treatment to states T7, T6 and T5 to increase strength properties.
Известные термически неупрочняемые сплавы на основе системы Al-Si, например, A413.2 или сплавы типа AlSi11, характеризуются высокой технологичностью при литье и хорошей коррозионной стойкостью. Среди недостатков данной группы сплавов следует выделить низкий уровень прочностных характеристик, в частности, предел текучести обычно в литом состоянии не превышает 80 МПа. Более высокий уровень прочностных свойств отливок в литом состоянии обеспечивает добавка меди, в частности, известны сплавы типа А383.1 или сплавы типа AlSi12Cu2. Среди недостатков этих сплавов следует выделить существенное снижение коррозионной стойкости и низкий уровень относительного удлинения, который обычно не превышает 1-2%. Known non-hardenable alloys based on the Al-Si system, such as A413.2 or alloys of the AlSi11 type, are characterized by high processability during casting and good corrosion resistance. Among the disadvantages of this group of alloys, a low level of strength characteristics should be singled out, in particular, the yield strength usually does not exceed 80 MPa in the cast state. A higher level of strength properties of castings in the cast state is provided by the addition of copper, in particular, alloys of the A383.1 type or alloys of the AlSi12Cu2 type are known. Among the disadvantages of these alloys, one should single out a significant decrease in corrosion resistance and a low level of relative elongation, which usually does not exceed 1-2%.
Также известны термически неупрочняемые литейные сплавы на основе системы Al-Mg, например, АМг6л, АМг5К, АМг5Мц (ГОСТ1583), Magsimal®59 (Rheinfelden Alloys) и др., характеризующиеся удовлетворительной технологичностью при литье, хорошей коррозионной стойкостью, хорошим уровнем прочностных свойств и относительного удлинения. Среди недостатков сплавов этой системы следует выделить высокую линейную усадку и недостаточную герметичность тонкостенных отливок.Thermally hardenable cast alloys based on the Al-Mg system are also known, for example, AMg6l, AMg5K, AMg5Mts (GOST1583), Magsimal ® 59 (Rheinfelden Alloys), etc., which are characterized by satisfactory processability during casting, good corrosion resistance, a good level of strength properties and relative elongation. Among the disadvantages of the alloys of this system, one should highlight the high linear shrinkage and insufficient tightness of thin-walled castings.
Сочетание высокого уровня прочностных свойств, относительно удлинения и коррозионной стойкости реализуется в закаливаемых сплавах системы Al-Si с добавкой 0,2-0,5 мас.% магния, в частности, известны сплавы типа АК9 (ГОСТ 1583), Silafont®36 (Rheinfelden Alloys), Trimal®37 (Trimet) и др. Закалка существенно усложняет технологический цикл получения отливок, поскольку при ее использовании возможно коробление отливок (особенно при использовании закалки в воду), изменение габаритных размеров и появление трещин. The combination of a high level of strength properties, relative to elongation and corrosion resistance is realized in hardened alloys of the Al-Si system with the addition of 0.2-0.5 wt.% magnesium, in particular, alloys of the AK9 type (GOST 1583), Silafont ® 36 (Rheinfelden Alloys), Trimal ® 37 (Trimet), etc. Hardening significantly complicates the production cycle of castings, since when using it, warping of castings is possible (especially when using hardening in water), changes in overall dimensions and the appearance of cracks.
Известен литейный сплав системы Al-Ni-Mn, предназначенный для получения структурных компонентов для автомобильного и аэрокосмического применения, являющийся альтернативой марочным силуминам, разработанный компанией Alcoa и раскрытый в патенте US 6783730 (опубл. 31.08.2004 г.). Из этого сплава возможно получить отливки с хорошим сочетанием литейных и механических свойств при содержании (мас.%) 2-6 Ni, 1-3 Mn, 1 Fe, менее 1 кремния, а также при содержании других неизбежных примесей. Среди недостатков предложенного сплава следует выделить то, что высокий уровень литейных и механических свойств обеспечивается использованием высоких по чистоте марок алюминия и при высоком содержании никеля, что существенно удорожает стоимость полученных отливок. Кроме того, предложенный материал является термически неупрочняемым во всем концентрационном диапазоне, что ограничивает его использование, при этом в области высоких концентраций никеля существенно снижается коррозионная стойкость отливок.A casting alloy of the Al-Ni-Mn system is known, intended for the production of structural components for automotive and aerospace applications, which is an alternative to branded silumins, developed by Alcoa and disclosed in US patent 6783730 (publ. 31.08.2004). From this alloy, it is possible to obtain castings with a good combination of casting and mechanical properties with a content (wt.%) of 2-6 Ni, 1-3 Mn, 1 Fe, less than 1 silicon, as well as other unavoidable impurities. Among the disadvantages of the proposed alloy, it should be noted that a high level of casting and mechanical properties is ensured by the use of high-purity aluminum grades and a high nickel content, which significantly increases the cost of the obtained castings. In addition, the proposed material is not thermally hardenable over the entire concentration range, which limits its use, while in the region of high nickel concentrations, the corrosion resistance of castings is significantly reduced.
Известны литейные алюминиевые сплавы на основе систем Al-Ni и Al-Ni-Mn и способ получения литых деталей из них, которые описаны в изобретении компании Alcoa US 8349462 (опубл. 08.01.2013 г.) и заявке EP 2011055318 компании Rheinfelden Alloys GmbH & Co. KG. В изобретении предложены составы сплавов для применения в литом состоянии. Общим в предложенных изобретениях является высокое содержание никеля 1-6%, что определяет основной недостаток - существенное снижение коррозионной стойкости. При относительно невысоком содержании никеля и марганца литейные сплавы имеют невысокий уровень прочностных характеристик.Known cast aluminum alloys based on Al-Ni and Al-Ni-Mn systems and a method for producing cast parts from them, which are described in the invention of Alcoa US 8349462 (publ. 08.01.2013) and application EP 2011055318 of Rheinfelden Alloys GmbH & Co. kg. The invention provides alloy compositions for use in the as-cast state. Common in the proposed inventions is a high nickel content of 1-6%, which determines the main disadvantage - a significant decrease in corrosion resistance. With a relatively low content of nickel and manganese, casting alloys have a low level of strength characteristics.
Известен материал на основе системы Al-Ni-Mn, предложенный НИТУ «МИСиС» и раскрытый в патенте RU 2478131 (опубл. 27.03.2013 г.). Материал содержит, мас.%: 1,5-2,5 Ni, 0,3-0,7 Fe, 1-2 Mn, 0,02-0,2 Zr, 0,02-0,12 Sc и 0,002-0,1 Ce. Отливки, полученные из сплава после отжига (без использования операции закалки), характеризуются временным сопротивлением не менее 250 МПа при относительном удлинении не менее 4%. Первым недостатком данного сплава является его повышенная склонность к образованию сосредоточенной пористости, что затрудняет получение качественных относительно крупных отливок. Второй недостаток связан с необходимостью использования повышенных температур литья, что не всегда может быть реализовано в условиях литейных предприятий.A material based on the Al-Ni-Mn system is known, proposed by NUST MISIS and disclosed in patent RU 2478131 (published on March 27, 2013). The material contains, wt.%: 1.5-2.5 Ni, 0.3-0.7 Fe, 1-2 Mn, 0.02-0.2 Zr, 0.02-0.12 Sc and 0.002- 0.1 Ce. Castings obtained from the alloy after annealing (without using the hardening operation) are characterized by a tensile strength of at least 250 MPa with a relative elongation of at least 4%. The first disadvantage of this alloy is its increased tendency to form concentrated porosity, which makes it difficult to obtain high-quality relatively large castings. The second drawback is associated with the need to use elevated casting temperatures, which cannot always be implemented in foundry conditions.
Известен материал на основе системы Al-Ca, предложенный НИТУ «МИСиС» и раскрытый в патенте RU 2660492. Материал для использования в литом состоянии содержит, мас.%: 5,4-6,4 кальция, 0,3-0,6 кремния и 0,8-1,2 железа. Среди недостатков предложенного сплава следует выделить низкое относительное удлинение, которое не превышает 2,6%, что ограничивает использование материала в ответственных литых деталях. A material based on the Al-Ca system is known, proposed by NUST MISIS and disclosed in patent RU 2660492. The material for use in the cast state contains, wt%: 5.4-6.4 calcium, 0.3-0.6 silicon and 0.8-1.2 iron. Among the disadvantages of the proposed alloy, one should single out a low relative elongation, which does not exceed 2.6%, which limits the use of the material in critical cast parts.
Наиболее близким к предложенному сплаву является изобретение Института легких материалов и технологий, раскрытое в патенте RU 2745595. Материал для использования в литом состоянии содержит, мас.%: 1,5-5,1 кальция, 0,1-1,8 цинка, до 1,0 кремния и до 0,7 железа. Среди недостатков предложенного сплава следует выделить невысокий предел текучести в литом состоянии, что связано с малой растворимостью легирующих элементов, за исключением цинка, в твердом растворе и как следствие недостаточном твердорастворном упрочнении. The closest to the proposed alloy is the invention of the Institute of Light Materials and Technologies, disclosed in patent RU 2745595. The material for use in the cast state contains, wt%: 1.5-5.1 calcium, 0.1-1.8 zinc, up to 1.0 silicon and up to 0.7 iron. Among the disadvantages of the proposed alloy, a low yield strength in the cast state should be singled out, which is associated with a low solubility of alloying elements, with the exception of zinc, in solid solution and, as a result, insufficient solid solution strengthening.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является создание нового литейного алюминиевого сплава, предназначенного для получения отливок преимущественно методом литья под высоким давлением, но не ограничиваясь, для использования без термической обработки, характеризующегося хорошей технологичностью при литье, хорошим уровнем механических характеристик, в том числе пределом текучести не менее 100 МПа, и высокой коррозионной стойкостью. The objective of the invention is to create a new cast aluminum alloy intended for castings, mainly by high pressure casting, but not limited to, for use without heat treatment, characterized by good processability during casting, a good level of mechanical characteristics, including a yield strength of at least 100 MPa , and high corrosion resistance.
Основное применение – литье для автомобилестроения, корпуса электронных устройств и др. Из материала могут быть получены детали ответственного назначения.The main application is casting for the automotive industry, housings for electronic devices, etc. Parts of a responsible purpose can be obtained from the material.
Техническим результатом является решение поставленной задачи с обеспечением высоких прочностных свойств при сохранении пластичности, технологичности при литье и высокой коррозионной стойкости.The technical result is the solution of the task with the provision of high strength properties while maintaining ductility, manufacturability during casting and high corrosion resistance.
Технический результат достигается за счет того, что применяется литейный сплав на основе алюминия, содержащий кальций, кремний, железо, цинк, магний и опционально (необязательно), по меньшей мере, один элемент из группы медь, марганец, хром, титан, цирконий, при следующих концентрациях легирующих элементов, мас.%:The technical result is achieved due to the fact that an aluminum-based cast alloy is used containing calcium, silicon, iron, zinc, magnesium and optionally (optionally) at least one element from the group of copper, manganese, chromium, titanium, zirconium, with the following concentrations of alloying elements, wt.%:
Опционально (необязательно) сплав содержит по меньшей мере один легирующий элемент из группы:Optionally (optionally) the alloy contains at least one alloying element from the group:
В случае частной реализации изобретения магний расположен в алюминиевой матрице, а медь связана с кальцием и образует эвтектическую фазу, что обеспечивает повышение прочностных свойств без ухудшения пластичности.In the case of a private implementation of the invention, magnesium is located in the aluminum matrix, and copper is associated with calcium and forms a eutectic phase, which provides an increase in strength properties without compromising ductility.
Сплав служит для выполнения отливок, обладающих в литом состоянии следующими свойствами на растяжение: предел текучести не менее 100 МПа.The alloy is used to make castings that have the following tensile properties in the cast state: yield strength of at least 100 MPa.
Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области раскрытия изобретения согласно описанию и формуле.Various modifications and improvements are allowed without going beyond the scope of the disclosure of the invention according to the description and claims.
Сущность изобретения The essence of the invention
Концентрации (мас.%) кальция (2,0-5,2), кремния (0,05-0,8), железа (0,05-1,0), цинка (0,01-5,0) и меди (опционально в 0,01-1,4) ограничена в заявленном пределе, который обеспечивает формирование структуры, представляющей собой алюминиевый раствор и соответствующие эвтектические фазы, содержащие кальций и следующие элементы: кремний, железо, цинк и, необязательно, медь.Concentrations (wt.%) of calcium (2.0-5.2), silicon (0.05-0.8), iron (0.05-1.0), zinc (0.01-5.0) and copper (optionally 0.01-1.4) is limited in the stated limit, which ensures the formation of a structure that is an aluminum solution and the corresponding eutectic phases containing calcium and the following elements: silicon, iron, zinc and, optionally, copper.
Кальций, кремний, железо, цинк и необязательно медь, влияют на общее количество эвтектической фазы в сплаве. При этом, количество эвтектики при минимальном содержании (согласно заявленного диапазона) кальция, кремния, железа, цинка и необязательно меди составляет около 2,5 об.%.Calcium, silicon, iron, zinc, and optionally copper, affect the total amount of eutectic phase in the alloy. At the same time, the amount of eutectic with a minimum content (according to the declared range) of calcium, silicon, iron, zinc and optionally copper is about 2.5 vol.%.
Наличие (мас.%) магния (0,01-2,0) и, необязательно, по меньшей мере одного элемента, среди которых марганец (0,01-1,5), хром (0,01-0,2), титан (0,01-0,2) и цирконий (0,01-0,2) обеспечивают, в сочетании с вышеперечисленными элементами (кальцием, кремнием, железом, цинком и, при наличии, медью) формирование структуры, представляющей собой алюминиевый раствор в виде первично кристаллизующейся фазы и эвтектики, которая содержит по меньшей мере один легирующий элемент, среди которых марганец, хром, титан и цирконий.The presence (wt.%) of magnesium (0.01-2.0) and, optionally, at least one element, among which manganese (0.01-1.5), chromium (0.01-0.2), titanium (0.01-0.2) and zirconium (0.01-0.2) provide, in combination with the above elements (calcium, silicon, iron, zinc and, if available, copper) the formation of a structure that is an aluminum solution in the form of a primary crystallizing phase and eutectic, which contains at least one alloying element, including manganese, chromium, titanium and zirconium.
Магний и, необязательно, по меньшей мере, один из элементов, среди которых, марганец, хром, титан и цирконий в заявленном пределе в той или иной степени способны обеспечить упрочнение за счет растворения в алюминиевом твердом растворе (твердорастворное упрочнение), при этом магний и, необязательно, по меньшей мере один из элементов, среди которых, марганец, хром, титан и цирконий в заявленном пределе увеличивает интервал кристаллизации, что отрицательно сказывается на литейных характеристиках. Magnesium and, optionally, at least one of the elements, among which, manganese, chromium, titanium and zirconium in the stated limit, to one degree or another, are able to provide strengthening due to dissolution in an aluminum solid solution (solid solution strengthening), while magnesium and , optionally, at least one of the elements, among which, manganese, chromium, titanium and zirconium in the stated limit increases the crystallization interval, which adversely affects the casting characteristics.
При проведении исследований неожиданно установлено, что применительно к рассматриваемому концентрационному диапазону легирующих элементов удачное сочетание количества эвтектики, где все эвтектические фазы связаны с кальцием и легирование алюминиевого твердого раствора в сочетании с интервалом кристаллизации до 50°C обеспечивает приемлемый уровень литейных характеристик и упрочнения. Присутствие магния и кремния способствует диспергированию эвтектических фаз, содержащих кальций. Типичная структура отливки в литом состоянии (литье HPDC) приведена на фиг. 1.When conducting research, it was surprisingly found that, in relation to the concentration range of alloying elements under consideration, a successful combination of the amount of eutectic, where all eutectic phases are associated with calcium, and alloying of the aluminum solid solution in combination with a crystallization interval of up to 50 ° C provides an acceptable level of casting characteristics and hardening. The presence of magnesium and silicon contributes to the dispersion of eutectic phases containing calcium. A typical casting structure in the as-cast state (HPDC casting) is shown in FIG. 1.
На фиг. 1 показана типичная структура сплава в литом состоянии, на которой представлен первичный алюминиевый твердый раствор, и эвтектические фазы. В зависимости от присутствия тех или иных элементов в сплаве, структура в литом состоянии материала представлена алюминиевым раствором, который содержит цинк, магний и частицы эвтектической фазы, содержащие соединения алюминия, кальция с цинком, алюминия, кальция с железом и алюминия, кальция с кремнием. При дополнительном легировании сплава медью, марганцем, хромом, титаном и цирконием, то в литом состоянии структура выглядит качественно аналогичным образом и представлена алюминиевым твердым раствором, содержащим цинк, магний марганец, хром, титан и цирконий, а также частицы эвтектической фазы, содержащие соединения алюминия, кальция с цинком, алюминия, кальция с железом, алюминия, кальция с кремнием и алюминия, кальция с медью. In FIG. 1 shows a typical structure of the alloy in the as-cast state, showing the primary aluminum solid solution and the eutectic phases. Depending on the presence of certain elements in the alloy, the structure in the cast state of the material is represented by an aluminum solution that contains zinc, magnesium and eutectic phase particles containing compounds of aluminum, calcium with zinc, aluminum, calcium with iron and aluminum, calcium with silicon. With additional alloying of the alloy with copper, manganese, chromium, titanium and zirconium, then in the cast state the structure looks qualitatively similar and is represented by an aluminum solid solution containing zinc, magnesium manganese, chromium, titanium and zirconium, as well as particles of the eutectic phase containing aluminum compounds , calcium with zinc, aluminum, calcium with iron, aluminum, calcium with silicon and aluminum, calcium with copper.
Более подробное влияние легирующих элементов описано ниже.A more detailed effect of alloying elements is described below.
Содержание кальция менее 2,0 мас.% приведет к снижению литейных характеристик, не будет обеспечиваться связывание с кальцием таких элементов, как кремний, железо, цинк и, необязательно, медь. Содержание кальция более 5,2 мас.% приведет к формированию грубых включений первичной фазы Al4Ca, приводящих к снижению механических свойств.A calcium content of less than 2.0 wt.% will lead to a decrease in casting characteristics, the binding of elements such as silicon, iron, zinc and, optionally, copper will not be ensured with calcium. The calcium content of more than 5.2 wt.% will lead to the formation of coarse inclusions of the primary phase of Al 4 Ca, leading to a decrease in mechanical properties.
Содержание кремния в диапазоне 0,05-0,8 мас.% в сочетании с кальцием обеспечивает достижение хорошего уровня относительного удлинения в литом состоянии ввиду того, что кремний способствует диспергированию эвтектики. При концентрации кремния более 0,8 мас.% в структуре формируются грубые интерметаллиды, содержащие кремний и, как следствие, снижающие механические свойства. Менее 0,05 мас.% кремния уже недостаточно для образования эвтектики с благоприятной морфологией, что приводит к недостаточному уровню относительного удлинения в литом состоянии. The content of silicon in the range of 0.05-0.8 wt.% in combination with calcium provides a good level of relative elongation in the as-cast state, since silicon helps the dispersion of the eutectic. At a silicon concentration of more than 0.8 wt.%, coarse intermetallic compounds containing silicon are formed in the structure and, as a result, reduce mechanical properties. Less than 0.05 wt.% silicon is no longer enough to form a eutectic with a favorable morphology, which leads to an insufficient level of relative elongation in the as-cast state.
Содержание железа в диапазоне 0,05-1,0 мас.% в сочетании с кальцием обеспечивает улучшение литейных характеристик с приемлемым уровнем относительного удлинения. При содержании железа менее 0,05 мас.% ухудшается технологичность при литье сплава, что проявляется в виде повышенного прилипания отливки к форме или изложнице. При концентрации железа более 1,0 мас.% в структуре формируются грубые интерметаллиды кристаллизационного происхождения, содержащие железо и кальций, и, как следствие, снижаются механические свойства.The content of iron in the range of 0.05-1.0 wt.% in combination with calcium provides improved casting characteristics with an acceptable level of relative elongation. When the iron content is less than 0.05 wt.% deteriorates manufacturability when casting the alloy, which manifests itself in the form of increased adhesion of the casting to the mold or mold. At an iron concentration of more than 1.0 wt.%, coarse intermetallic compounds of crystallization origin containing iron and calcium are formed in the structure, and, as a result, mechanical properties are reduced.
Содержание цинка в диапазоне 0,01-5,0 мас.% способствует повышению коррозионной стойкости и увеличению литейных характеристик. При содержании цинка менее 0,01 мас.% не установлено положительного влияния цинка на прочностные свойства. Начиная с 0,01 мас.% отмечается эффект модифицирования, проявляющийся в виде изменения морфологии эвтектики, содержащей кальций. При концентрации цинка более 5,0 мас.% формируются грубые фазы кристаллизационного происхождения, содержащие цинк и кальций, что негативно сказывается на механических свойствах сплава. The zinc content in the range of 0.01-5.0 wt.% improves corrosion resistance and increase casting characteristics. When the zinc content is less than 0.01 wt.% is not established a positive effect of zinc on the strength properties. Starting from 0.01 wt.%, a modification effect is noted, which manifests itself in the form of a change in the morphology of the eutectic containing calcium. At a zinc concentration of more than 5.0 wt.%, coarse phases of crystallization origin containing zinc and calcium are formed, which negatively affects the mechanical properties of the alloy.
Содержание (необязательно) меди в диапазоне 0,01-1,4 мас.% способствует повышению прочностных характеристик без ухудшения литейных характеристик и сохранения коррозионной стойкости на приемлемом уровне. Cохранение удовлетворительной коррозионной стойкости при содержании меди обеспечивается благодаря связыванию меди в фазу с кальцием. При содержании меди менее 0,01 мас.% не установлено положительного влияния меди на механические и иные свойства. При малых концентрациях меди, начиная с 0,01 мас.% отмечается эффект модифицирования, проявляющийся в виде изменения морфологии эвтектических фаз, содержащих кальций за счет образования фаз, содержащих медь и кальций.The content (optional) of copper in the range of 0.01-1.4 wt.% helps to increase the strength characteristics without compromising casting characteristics and maintaining corrosion resistance at an acceptable level. Maintaining satisfactory corrosion resistance at copper content is ensured due to the binding of copper into the phase with calcium. When the copper content is less than 0.01 wt.%, no positive effect of copper on mechanical and other properties has been established. At low concentrations of copper, starting from 0.01 wt.%, a modification effect is noted, which manifests itself in the form of a change in the morphology of the eutectic phases containing calcium due to the formation of phases containing copper and calcium.
Содержание магния в диапазоне 0,01-2,0 мас.% способствует увеличению прочностных свойств в литом состоянии. При содержании магния более 2,0 мас.% значимо расширяется интервал кристаллизации, что недопустимо ухудшает литейные характеристики, в частности, показатель горячеломкости. При содержании магния менее 0,01 мас.% не установлено положительного влияния магния на прочностные свойства в сочетании с другими элементами в рамках заявленного химического состава.The magnesium content in the range of 0.01-2.0 wt.% increases the strength properties in the cast state. When the magnesium content is more than 2.0 wt.% significantly expands the range of crystallization, which unacceptably worsens the casting characteristics, in particular, the index of hot brittleness. When the magnesium content is less than 0.01 wt.%, no positive effect of magnesium on the strength properties in combination with other elements within the declared chemical composition has been established.
При содержании марганца в диапазоне 0,01-1,5 мас.% установлено положительное влияние марганца на прочностные свойства в сочетании с другими элементами в рамках заявленного химического состава за счет твердорастворного упрочнения. При содержании марганца более 1,5 % формируются грубые фазы кристаллизационного происхождения, снижающие механические свойства.With a manganese content in the range of 0.01-1.5 wt.%, a positive effect of manganese on strength properties in combination with other elements within the declared chemical composition due to solid solution hardening was established. With a manganese content of more than 1.5%, coarse phases of crystallization origin are formed, which reduce the mechanical properties.
Хром в диапазоне 0,01-0,2 мас.% способствует твердорастворному упрочнению в литом состоянии. При более высокой концентрации значительно повышается вероятность формирования первичных кристаллов фазы Al7Cr, что ведет к снижению уровня механических свойств.Chromium in the range of 0.01-0.2 wt.% contributes to solid solution hardening in the cast state. At a higher concentration, the probability of the formation of primary crystals of the Al 7 Cr phase increases significantly, which leads to a decrease in the level of mechanical properties.
Титан в диапазоне 0,01-0,2 мас.% способствует модифицированию первичных выделений алюминиевого твердого раствора при кристаллизации. При большем содержании титана в структуре возможно появление первичных кристаллов, которые снизят общий уровень механических свойств, а при меньшем – не будет реализован положительный эффект от влияния этого элемента. В случае введения титана в виде многокомпонентного состава Al-Ti-B или Al-Ti-C, в сплаве возможно присутствие бора или углерода в количествах, пропорциональных их содержанию в лигатуре. Бор и углерод, как самостоятельные элементы, применительно к рассматриваемому диапазону, не оказывают значимого влияния на механические и литейные свойства.Titanium in the range of 0.01-0.2 wt.% contributes to the modification of the primary selection of aluminum solid solution during crystallization. With a higher content of titanium in the structure, primary crystals may appear, which will reduce the overall level of mechanical properties, and with a lower content, the positive effect of the influence of this element will not be realized. In the case of introducing titanium in the form of a multicomponent composition Al-Ti-B or Al-Ti-C, the presence of boron or carbon in the alloy is possible in amounts proportional to their content in the ligature. Boron and carbon, as independent elements, in relation to the considered range, do not have a significant effect on the mechanical and casting properties.
Цирконий в диапазоне 0,01-0,2 мас.% способствует твердорастворному упрочнению в литом состоянии. При больших количествах требуется повышение температуры литья выше типичного уровня, что снижает стойкость форм для литья и увеличивает склонность к формированию горячих трещин при литье.Zirconium in the range of 0.01-0.2 wt.% contributes to solid solution strengthening in the cast state. Larger quantities require casting temperatures to rise above typical levels, which reduces mold life and increases the tendency for hot cracks to form during casting.
В структуре допускается содержание небольшого количества первичных кристаллов в количестве до 0,3 об.%, содержащих марганец, и/или хром, и/или цирконий, и/или титан, для снижения эффекта прилипания отливки в стенкам формы.The structure is allowed to contain a small amount of primary crystals in an amount up to 0.3 vol.%, containing manganese, and/or chromium, and/or zirconium, and/or titanium, to reduce the effect of casting sticking to the mold walls.
В качестве подтверждения реализации изобретения использовались нижеперечисленные методы.The following methods were used as confirmation of the implementation of the invention.
Количественную оценку фазового состава, в частности, количества эвтектических фаз, количества первичных кристаллов проводилось, по меньшей мере, одним из 2-х способов: 1) расчетным методом с использованием программы Thermo-calc; 2) металлографическим способом. Quantitative assessment of the phase composition, in particular, the number of eutectic phases, the number of primary crystals was carried out by at least one of 2 methods: 1) by calculation using the Thermo-calc program; 2) by metallographic method.
Интервал кристаллизации оценивался, по меньшей мере, одним из 2-х способов: 1) расчетным с использованием программы Thermo-calc; 2) экспериментальным в координатах с построением кривой охлаждения в координатах температура-время, а значение интервала кристаллизации, как разница между температурой ликвидуса и температурой солидуса. The crystallization interval was estimated by at least one of 2 methods: 1) by calculation using the Thermo-calc program; 2) experimental in coordinates with the construction of a cooling curve in temperature-time coordinates, and the value of the crystallization interval, as the difference between the liquidus temperature and the solidus temperature.
Подтверждение технического результата осуществлялось в лабораторных условиях, где были приготовлены и изучены составы сплавов, указанные в примерах. Сплавы готовили в индукционной печи или печи сопротивления в графитовых тиглях с использованием первичного алюминия c содержанием не менее 99,8 мас.% и 99,99 мас.% в качестве основы, цинка с содержанием не менее 99,90 мас.%, меди с содержанием не менее 99,9 мас.%, магния с содержанием не менее 99,9 мас.% (указана чистота исходных металлов, которые используются в расплаве) и двойных лигатур: AlCa10, AlFe10, AlMn20, AlSi10, AlTi5, AlCr10, AlZr10. Сумма остальных элементов и неизбежных примесей в сплаве не превысила 0,05 мас.%, т.е. которые содержатся в первичном алюминии и лигатурах, и которые не нормировались при приготовлении расплава.Confirmation of the technical result was carried out in laboratory conditions, where the compositions of the alloys indicated in the examples were prepared and studied. The alloys were prepared in an induction or resistance furnace in graphite crucibles using primary aluminum with a content of at least 99.8 wt.% and 99.99 wt.% as a base, zinc with a content of at least 99.90 wt.%, copper with content of at least 99.9 wt.%, magnesium with a content of at least 99.9 wt.% (the purity of the initial metals used in the melt is indicated) and double master alloys: AlCa10, AlFe10, AlMn20, AlSi10, AlTi5, AlCr10, AlZr10. The sum of other elements and inevitable impurities in the alloy did not exceed 0.05 wt.%, i.e. which are contained in primary aluminum and ligatures, and which were not standardized during the preparation of the melt.
Для определения механических свойств и анализа структуры кристаллизацию сплавов осуществляли в металлическом кокиле - «отдельно отлитый цилиндрический образец» с диаметром рабочей части 10 мм и температурой формы до 150°С. Литейные свойства сплавов оценивались по показателю горячеломкость с использованием «кольцевой пробы», где наилучшим показателем является кольцо с минимальной толщиной стенки при постоянном внешнем диаметре 40 мм, закристаллизовавшегося без трещины в ряду 3, 7 и 10 мм. Механические свойства оценивали при одноосном растяжении отдельно отлитых образцов в литом состоянии. Скорость испытания 10 мм/мм, длина рабочей части 50 мм в соответствии с ГОСТ 1583-93. В качестве критерия «прилипание» оценивалась способность материала отделяться от поверхности металлической формы без механического воздействия.To determine the mechanical properties and analyze the structure, the crystallization of the alloys was carried out in a metal mold - a "separately cast cylindrical sample" with a working part diameter of 10 mm and a mold temperature of up to 150°C. The casting properties of the alloys were evaluated in terms of hot brittleness using a "ring test", where the best indicator is a ring with a minimum wall thickness at a constant outer diameter of 40 mm, crystallized without a crack in the series 3, 7 and 10 mm. The mechanical properties were evaluated in uniaxial tension of separately cast specimens in the cast state. The test speed is 10 mm/mm, the length of the working part is 50 mm in accordance with GOST 1583-93. As a criterion of "adhesion", the ability of the material to separate from the surface of the metal mold without mechanical action was evaluated.
Пример конкретного исполненияExample of a specific implementation
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Для исследования и подтверждения заявленного химического состава в лабораторных условиях были приготовлены сплавы согласно химического состава таблица 1. Результаты определения интервала кристаллизации и анализа склонности к образованию горячих трещин приведены в таблице 2. Результаты определения механических свойств приведены в таблице 3.To study and confirm the declared chemical composition in laboratory conditions, alloys were prepared according to the chemical composition of Table 1. The results of determining the crystallization interval and analyzing the tendency to form hot cracks are shown in Table 2. The results of determining the mechanical properties are shown in Table 3.
Таблица 1 – Химический состав, мас.%Table 1 - Chemical composition, wt.%
Таблица 2 - Анализ интервала кристаллизации и показателя горячеломкостиTable 2 - Analysis of the crystallization range and hot brittleness index
Таблица 3 – Механические свойстваTable 3 - Mechanical properties
Из анализа результатов, представленных в таблицах 2 и 3 видно, что составы 2-5 и 8-26, согласно заявленного концентрационного диапазона, обеспечивают приемлемый уровень стойкости к образованию горячих трещин. Составы 1, 6, 7 не применимы, поскольку состав 1 характеризуется высокой склонностью к прилипанию к стенкам формы. Состав 6 характеризуется высокой склонностью к образованию горячих трещин, а состав 7 реализацией неудовлетворительной структуры, содержащей недопустимые первичные кристаллы, содержащие кальций, железо, кремний и цинк, значительно снижающие относительное удлинение.From the analysis of the results presented in tables 2 and 3, it can be seen that compositions 2-5 and 8-26, according to the stated concentration range, provide an acceptable level of resistance to hot cracking. Compositions 1, 6, 7 are not applicable because composition 1 has a high tendency to stick to the mold walls. Composition 6 is characterized by a high tendency to form hot cracks, and composition 7 is characterized by the implementation of an unsatisfactory structure containing unacceptable primary crystals containing calcium, iron, silicon and zinc, which significantly reduce the elongation.
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
Для подтверждения пригодности сплава для литья под высоким давлением были отлиты пластины толщиной 3 мм и размерами 70х150 мм, из которых были вырезаны образцы на растяжение. Химический состав сплавов приведен в таблице 4. Механические свойства сплавов приведены в таблице 5. Типичная структура сплава состава 31 приведена на фиг. 1.To confirm the suitability of the alloy for high pressure casting, plates 3 mm thick and 70x150 mm in size were cast, from which tensile specimens were cut. The chemical composition of the alloys is shown in Table 4. The mechanical properties of the alloys are shown in Table 5. A typical structure of an alloy of composition 31 is shown in FIG. 1.
Таблица 4 – Химический состав, мас.%Table 4 - Chemical composition, wt.%
Таблица 5 – Механические свойстваTable 5 - Mechanical properties
Из анализа результатов, представленных в таблицах 4 и 5 видно, что сплав обеспечивает хорошее сочетание прочности и пластичности при литье под высоким давлением.From the analysis of the results presented in tables 4 and 5, it can be seen that the alloy provides a good combination of strength and ductility in high pressure casting.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2023/050210 WO2024072262A1 (en) | 2022-09-28 | 2023-09-07 | Aluminium casting alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793657C1 true RU2793657C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB539456A (en) * | 1939-04-12 | 1941-09-11 | Nat Smelting Co | Improvements in or relating to aluminium base alloys |
CA2485524C (en) * | 2002-06-24 | 2010-11-16 | Corus Aluminium Walzprodukte Gmbh | Method for producing a high strength al-zn-mg-cu alloy |
RU2714564C1 (en) * | 2019-08-15 | 2020-02-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Cast aluminum alloy |
RU2745595C1 (en) * | 2020-09-16 | 2021-03-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий" | Cast aluminum alloy |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB539456A (en) * | 1939-04-12 | 1941-09-11 | Nat Smelting Co | Improvements in or relating to aluminium base alloys |
CA2485524C (en) * | 2002-06-24 | 2010-11-16 | Corus Aluminium Walzprodukte Gmbh | Method for producing a high strength al-zn-mg-cu alloy |
RU2714564C1 (en) * | 2019-08-15 | 2020-02-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Cast aluminum alloy |
RU2745595C1 (en) * | 2020-09-16 | 2021-03-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий" | Cast aluminum alloy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
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 | |
EP0859868B1 (en) | A METHOD OF REDUCING THE FORMATION OF PRIMARY PLATLET-SHAPED BETA-PHASE IN IRON CONTAINING AlSi-ALLOYS, IN PARTICULAR IN Al-Si-Mn-Fe ALLOYS | |
US7718118B2 (en) | Creep resistant magnesium alloy with improved ductility and fracture toughness for gravity casting applications | |
CA3021397C (en) | Die casting alloy | |
US5855697A (en) | Magnesium alloy having superior elevated-temperature properties and die castability | |
JP5703881B2 (en) | High strength magnesium alloy and method for producing the same | |
US5320803A (en) | Process for making aluminum-lithium alloys of high toughness | |
US20030084968A1 (en) | High strength creep resistant magnesium alloys | |
JP4526768B2 (en) | Magnesium alloy | |
US7169240B2 (en) | Creep resistant magnesium alloys with improved castability | |
RU2793657C1 (en) | Casting aluminium alloy | |
JP4526769B2 (en) | Magnesium alloy | |
JP2005187896A (en) | Heat resistant magnesium alloy casting | |
RU2714564C1 (en) | Cast aluminum alloy | |
RU2745595C1 (en) | Cast aluminum alloy | |
RU2708729C1 (en) | Cast aluminum alloy | |
WO2024072262A1 (en) | Aluminium casting alloy | |
JPH08260090A (en) | Mg-si-ca hyper-eutectic alloy excellent in die castability | |
JP3800345B2 (en) | Hot chamber castable zinc alloy | |
JPH08144002A (en) | High strenght aluminum alloy excellent in heat resistance | |
JP4242807B2 (en) | Magnesium alloy for die casting and magnesium die casting products | |
WO2023023704A1 (en) | Improved aluminium based casting alloy | |
Gibson et al. | AM-HP2: A new magnesium high pressure diecasting alloy for automotive powertrain applications | |
JP2005187894A (en) | Heat resistant magnesium alloy casting |