UA119515C2 - Алюмінієвий сплав - Google Patents

Abstract

Алюмінієвий сплав з наступним складом: 0,2-1,8 мас. % Si, 0,2-1,8 мас. % Мg, 0,8-2,5 мас. % Μn, 0,2-1,5 мас. % Fe, 0,05-0,75 мас. % Zr, 0,03-0,18 мас. % Ті, необов'язково один або декілька з наступних елементів: макс. 0,1 мас. % Сr, макс. 0,05 мас. % Сu, 0,2-1,8 мас. % Zn, 0,02-0,5 мас. % Еr, також необов'язково 0,01-0,2 мас. % домішки, що подрібнює зерно, яка містить Ті і В, а решта алюміній і неминучі домішки. Сплав підходить для деталей підвищеної термостійкості, зокрема, для одержання деталей для автомобільної промисловості шляхом пресування видавлюванням, кування або лиття у багаторазові форми.

Description

Винахід належить до алюмінієвого сплаву для деталей з підвищеною термостійкістю.

Виготовлені з цього сплаву деталі відрізняються високою міцністю і твердістю після високого теплового навантаження. Пропонований винаходом алюмінієвий сплав підходить, зокрема, для виготовлення деталей вказаного типу шляхом пресування видавлюванням, кування або лиття у багаторазові форми, а також для подальшої обробки одержаних таким чином деталей за допомогою термічного з'єднання. Крім того, винахід належить до деталей, одержаних з вказаного сплаву, і до застосування цього алюмінієвого сплаву для одержання деталей, зокрема, для автомобільної промисловості.

Двома самими економічно вигідними способами надання форми алюмінієвим сплавам є пресування видавлюванням і лиття у ливарні форми.

При пресуванні видавлюванням можливі конструктивні рішення обумовлені і обмежені насамперед типом сплаву, силами і напрямком пресування, що діють при обробці. Наступним важливим параметром при формоутворенні шляхом пресування видавлюванням є температура преса, максимальне значення якої обмежено складом сплаву, зокрема, його стійкістю до теплових навантажень. Оскільки при деформації може відбуватися локальне нагрівання сплаву, може виникати часткове плавлення, насамперед в ділянці передніх кромок інструмента, що негативно впливає на механічні властивості продуктів пресування, тобто пресованих профілів.

При литті під тиском на межі проектування впливає насамперед прагнення до максимально простої геометрії деталі, тому що цей спосіб повинен здійснюватися без вставних стрижнів.

Якість пресованих деталей в значній мірі залежить, крім налагодження верстатів і геометрії інструмента (геометрії матриці), від обраної системи сплавів. Для пресованих продуктів широке застосування знаходять, зокрема, системи сплавів АІМп(Си) ії АІМоуд5зі (Б. ОБТЕКМАММ: "АпжепаипазієсппоЇодіє АІштіпішт", За єд. 456-457; Вепіп 2014). Вирішальну роль у процесах лиття у багаторазові форми, зокрема, при литті під тиском, з погляду пізніших технологічно важливих властивостей деталі відіграють також хімічний склад і мікроструктура.

При формуванні шляхом кування, зокрема, при високих швидкостях деформації, також може відбутися підвищення температури через роботу деформації. При цьому в заготовці можуть виникнути локальні перегріви, які негативно впливають на мікроструктуру і механічні властивості. І при цьому способі формування велике значення має склад сплаву. При створенні

Зо поковок також слід дотримувати обумовлені процесом норми проектування, які обмежують можливості формоутворення.

Як написано вище, свобода вибору дій при обраному способі формування (пресування видавлюванням, лиття у форми, кування) має границі, які можуть бути обумовлені технічними або економічними причинами.

Однак все частіше застосовуються, особливо в галузі автомобільної промисловості, все більш складні деталі і вузли, які взагалі неможливо одержати таким способом формування, як пресування видавлюванням або лиття у форми, або цей спосіб буде економічно невигідним.

У результаті подальшого розвитку придатних методів з'єднання, зокрема, зварювання або паяння, галузь застосування компонентів з алюмінієвих сплавів сильно розширилася, тому що ці методи дозволяють одержувати деталі і вузли складної конструкції.

Оскільки при цьому, як правило, застосовуються такі методи термічного з'єднання, як зварювання або паяння, важливою умовою є надійність матеріалу і його стабільність при теплових навантаженнях, що зустрічаються. Стійкість матеріалу до короткочасних теплових навантажень має важливе значення як при випадковому, так і при навмисному нагріванні конструкції, наприклад, при паянні або зварюванні.

Загалом кажучи, і раніше приділялася підвищена увага розробці алюмінієвих сплавів для складних компонентів з вираженою жароміцністю при високих температурах обробки і експлуатації. У першу чергу в автомобільній промисловості існує потреба у стійкості матеріалів, зокрема, з погляду міцності і твердості, після обробки в процесах з максимально високими тепловими навантаженнями.

У зв'язку з цим, підвищується також потреба у алюмінієвих сплавах, придатних для деталей, які по закінченню процесу виготовлення не вимагають додаткової обробки для досягнення бажаних механічних властивостей.

Через все більш високі робочі температури підвищена стійкість до теплових навантажень має важливе значення, наприклад, для компонентів двигуна, таких як поршні. Для цієї галузі застосування також потрібні сприятливі міцні сні властивості при високих температурах, нарівні з іншими необхідними властивостями, такими як висока зносостійкість, мала щільність, низький коефіцієнт теплового розширення і гарна рідкоплинність. Дотепер ці вимоги могли задовольнити тільки ливарні сплави з відносно високим вмістом зі і домішками Си. Правда, такі сплави через 60 схильність до утворювання включень повітря погано підходять для лиття під тиском.

Під жароміцністю звичайно розуміється міцність матеріалу при підвищених температурах.

Найвищі значення жароміцності демонструють, крім інших, сплави серії 2ххх (АїЇСи).

Жароміцність досягається, крім іншого, завдяки підвищеному вмісту 5і, Си, Мі або Бе, що, щоправда, веде до погіршення механічних властивостей (наприклад, в'язкості руйнування) (РЕ.

О5ТЕКМАМН, там же, с. 300-303).

При більш високих температурах може відбутися не тільки необоротна зміна мікроструктури і, тим самим, необоротне зниження міцності, але і можуть також протікати процеси повзучості, при яких матеріал або деталь повільно деформується пластично. Як алюмінієві матеріали з придатними характеристиками повзучості можна назвати системи сплавів серії Зххх, 5ххх і бххх (Р. ОБТЕВМАММ: "Апу'епдипдвіесппоїодіє Аіштіпішт", За еа., 300-304; Вепіп 2014). Для таких методів з'єднання, як зварювання або паяння, звичайно застосовуються алюмінієві сплави серії 4ххх.

Необхідні механічні властивості, зокрема, висока твердість, звичайно досягаються додаванням у сплави міді або цинку. Крім того, ці сплави піддають термообробці, щоб у результаті ефектів зміцнення досягти покращення механічних властивостей. При цьому утворюються метастабільні фази, що протидіють руху дислокацій при прикладанні сили. Як альтернатива використовуються також сплави АІ-Мпи.

Необхідною умовою для придатності сплаву до паяння є те, що температура солідуса матеріалу повинна бути вище температури ліквідусу припою. При високотемпературному паянні робоча температура звичайно становить від 440 "С до 600 "С, при низькотемпературному паянні робоча температура лежить нижче 440 "С.

Профіль температури у процесі високотемпературного паяння суттєво впливає на механічні властивості. Якщо застосовуються температури, близькі до точки солідуса, це веде до розм'якшення матеріалу. Досягти міцності можна тільки шляхом додаткового природнього або штучного старіння при швидкому охолодженні конструкції.

Число придатних для високотемпературного паяння алюмінієвих сплавів дуже обмежене.

Це випливає з вказаної вище умови, згідно з якою температура солідуса матеріалу повинна лежати вище температури ліквідусу припою. Хоча звичайні сплави АІі-Мп менш сприйнятливі до дії тепла, вони при температурах обробки поблизу точки солідуса також проявляють недостатню стабільність твердості.

Крім того, відомі алюмінієві сплави для застосування при високих температурах, які включають домішки легувальних елементів з групи рідкісноземельних металів (наприклад, с,

Ег). Вони утворюють в алюмінієвій матриці дисперсоїди (наприклад, типу АЇІзЕг), що повинно призвести до покращення механічних властивостей при високих робочих температурах. З ЕР 2110452 АТ відомий подібний сплав, який має високий вміст Си (1,0-8,0 мас. 95), однак не містить 2п.

Враховуючи описані вище вимоги, в основу даного винаходу покладено завдання розробити алюмінієвий сплав, який підходить для пресування видавлюванням, кування і лиття у багаторазові форми (зокрема, лиття під тиском) і який добре відливається і має високу твердість у відлитому стані, а також при короткочасному, сильному тепловому навантаженні.

Крім того, сплав повинен мати гарні властивості з'єднання, зокрема гарну придатність до високотемпературного паяння, і високу стійкість до корозії. Крім того, сплав повинен підходити для виготовлення деталей для автомобільної промисловості, зокрема, деталей з підвищеною жароміцністю.

Ці завдання вирішені за допомогою алюмінієвого сплаву згідно з незалежним пунктом формули винаходу, а також за допомогою вказаних у залежних пунктах варіантів здійснення, а також за допомогою деталей, одержаних із застосуванням алюмінієвого сплаву згідно з винаходом і, необов'язково, додатково оброблених за допомогою методів з'єднання, зокрема методів термічного з'єднання.

Зі складом сплаву згідно з винаходом вдається добитися високої термостійкості (термостабільності) при гарних значеннях твердості не тільки у пресованих профілів, але і у поковок і одержаних литтям під тиском виливків у виготовленому або відлитому стані. Тому такий сплав підходить перш за все для одержання термонавантажених деталей для автомобільної промисловості і/або для подальшої обробки за допомогою методів з'єднання, зокрема методів термічного з'єднання, таких як високотемпературне паяння або зварювання. (Завдяки підвищеній термостійкості сплаву процес пресування видавлюванням або інші процеси обробки тиском можна проводити з більш високою робочою швидкістю або при більш високих тисках, не викликаючи локального перегрівання в заготовці.)

Сплав згідно з винаходом має наступний склад: 60 0,2-1,8 мас. 9» 5,

0,2-1,8 мас. 95 Ма, 0,3-2,5 мас. до Мп, 0,2-1,5 мас. бь Ее, 0,05-0,75 мас. 95 Аг, 0,03-0,18 мас. 95 Ті.

Крім того, сплав може необов'язково містити один або декілька з наступних елементів у вказаних нижче вмістах: макс. 0,1 мас. 95 Ст, макс. 0,05 мас. 95 Си, 0,2-1,8 мас. бо п, 0,02-0,5 мас. 95 Ек.

Далі, сплав може необов'язково містити домішку, що подрібнює зерно, яка містить Ті і В, у кількості від 0,01 до 0,2 мас. 95. Вказаний склад сплаву залишається при цьому незмінним.

Домішку, що подрібнює зерно, переважно додають при одержанні сплаву у вигляді алюмінієвої лігатури, що містить згадані компоненти.

Решту складають алюміній і неминучі домішки. Кількість таких домішок переважно становить максимум 0,05 мас. 95 (кожної окремо) або максимум 0,15 мас. 95 у сумі.

Несподівано виявилося, що обмеження вмісту Си максимальним значенням 0,05 мас. 95 призводить до того, що точка солідуса сплаву не опускається нижче 610 "С. Переважно, вміст

Си обмежений максимальним значенням 0,03 мас. 95.

Крім того, було знайдено, що за рахунок встановлення вмісту Мп у інтервалі від 0,3 до 2,5 мас. 96, переважно від 0,8 до 1,5 мас. 95, особливо переважно від 1,2 до 1,5 мас. 95, можна гарантувати високу розмірну стабільність при підвищених температурах, так що при витягуванні з ливарної форми можна чекати дуже незначного жолоблення або його повної відсутності. Крім того, при використовуваних згідно з винаходом вмістах Мп відвертається прилипання до ливарної форми при виробництві за допомогою способів лиття, зокрема, лиття під тиском, і гарантується легкість витягування з форми.

Далі, несподівано виявилося, що за рахунок встановлення відношення залізо/марганець (розраховуючи на масові вмісти) у інтервалі від 0,5 до 0,7, зокрема, у інтервалі від 0,6 до 0,7,

Зо відбувається покращення рідкоплинності сплаву. Особливо переважно, якщо відношення ЕБе/Мп складає 2:3 (50,67).

Переважний вміст кремнію складає від 0,6 до 0,8 мас. 95, зокрема, 0,7 мас. 95. Крім того, відносно вмісту Зі виявилося, що встановлення відношення 5і/Мо у інтервалі від 0,9 до 1,1 сприятливо впливає на твердість сплаву і на його рідкоплинність. Для оптимальних твердості і рідкоплинності переважно дотримувати відношення 51і/Ма 1:1.

Переважний вміст цирконію складає від 0,08 до 0,35 мас. 95, зокрема, від 0,1 до 0,3 мас. 95.

Відносно вмісту 2г було також знайдено, що термостійкість і рідкоплинність сплаву можна ще більше покращити, коли відношення Ті/лг складає у інтервалі від 0,15 до 1, переважно 1:4 (-0,25).

Вміст Ге складає від 0,2 до 1,5 мас. 95, переважно від 0,2 до 1,0 мас. 95, зокрема від 0,2 до 0,8 мас. 95, Переважно встановлювати вміст Ре залежно від вмісту Ге, як пояснювалося вище (відношення Ее/Мп).

Вміст Му складає у інтервалі від 0,2 до 1,8 мас. 95 Мо, переважно від 0,2 до 1,2 мас.9б, зокрема від 0,2 до 0,9 мас.95, а особливо переважно складає 0,7 мас.95. Переважно встановлювати вміст Му залежно від вмісту 5і, як пояснювалося вище (відношення 51/Ма).

Вміст Ті складає у інтервалі від 0,03 до 0,18 мас. 956, переважно від 0,05 до 0,1 мас. 95.

Переважно встановлювати вміст Ті залежно від вмісту 2г, як пояснювалося вище (відношення

Ті/2п).

Далі, несподівано виявилося, що за рахунок додавання ербію (Егї; можна ще більше підвищити термостійкість сплаву. Тому в одному переважному варіанті здійснення сплав згідно з винаходом містить ербій як додатковий легувальний елемент. Бажаний ефект досягається при додаванні від 0,02 до 0,5 мас. 95 Ег. Переважно, кількість Ег становить у інтервалі від 0,02 до 0,3 має. 9б.

Крім того, несподівано було виявлено, що термостійкість сплаву можна додатково підвищити додаванням цинку (2п). Тому в одному переважному варіанті здійснення сплав згідно з винаходом містить цинк як додатковий легувальний елемент. Можливий вміст 7п складає у інтервалі від 0,2 до 1,8 мас. 95 7п, переважно він складає від 0,4 до 0,8 мас. 95, зокрема від 0,5 до 0,7 мас. 95. У ще одному варіанті здійснення вміст 2п складає у інтервалі від 0,4 до 1,2 мас. 95, переважно від 0,6 до 1,2 мас. 95, зокрема, 1 мас. 95.

Крім того, несподівано було виявлено, що легувальні елементи 7п і Ег, якщо їх використовувати у комбінації, дозволяють ще більше підвищити термостійкість, Зокрема, таке підвищення досягається комбінованим додаванням від 0,02 мас. 95 до 0,5 мас. 95 Егі від 0,2 до 1,8 мас. 95 2п, переважно 0,4-0,8 мас. 95 7п.

Переважно, в сплаві згідно з винаходом здійснюють подрібнювання зерна, причому для цього використовують домішку, що подрібнює зерно, яка містить Ті ії В. Вміст домішки, що подрібнює зерно, в сплаві згідно з винаходом переважно складає від 0,5 до 2 кг/т, особливо переважно 1,5 кг/т.

Як домішку, що подрібнює зерно, переважно використовувати алюмінієву лігатуру, яка містить Ті і В (решта - алюміній) і яку при одержанні сплаву додають у кількості переважно від 0,5 до 2 кг/т, особливо переважно 1,5 кг/т. В такій А!І-їй лігатурі Ті і В знаходяться в основному у формі кристалів або частинок, які можуть служити зародками кристалізації (наприклад, ТіВ»,

АїзТі, АІТі5Ви, АП ів).

Переважно, лігатура містить від 2,7 до 3,2 мас. 95 Ті, зокрема від 2,9 до 3,1 мас. 9о Ті, а також від 0,6 до 1,1 мас. 95 В, зокрема, від 0,8 до 0,9 мас. 95 В, решта - алюміній.

Крім того, переважно, щоб масове відношення Ті/Вв в лігатурі складало від 2,5 до 3,5, зокрема, 3:1 (- 3,0),

Алюмінієвий сплав згідно з винаходом і виготовлені з нього деталі відрізняються тим, що вони мають твердість за Брінеллем щонайменше 55 НВУУ5/250, переважно щонайменше 65

НВУМБ/250, особливо переважно щонайменше 80 НВМУУ5/250.

Алюмінієвий сплав згідно з винаходом і виготовлені з нього деталі відрізняються також температурою солідуса 2610 "С, зокрема, 2630 "С.

Залежно від галузі застосування або специфікації сплав згідно з винаходом можна необов'язково піддати термообробці. її переважно проводять протягом від 2 до 42 г, зокрема, 6- 24 г, при температурі у інтервалі від 325 до 425 "С, зокрема, 350-400 "С. Потім проводять охолодження на повітрі, або термооброблений сплав гартують в придатному газоподібному (наприклад, повітря або інертний газ) або рідкому (наприклад, вода або масло) середовищі.

Переважна термообробка проводиться 6-24 г при 350-400 "С з подальшим охолодженням на повітрі.

Сплав згідно з винаходом можна використовувати для одержання деталей для самих різних галузей застосування, переважно для застосування в автомобільній промисловості. Сплав згідно з винаходом, зокрема, термооброблений сплав (див, вище), підходить для одержання деталей, які піддаються дії високих робочих температур, наприклад, до 250 "С або до 300 "С (наприклад, компоненти двигуна або трансмісії, такі як поршні, головки циліндрів, блок циліндрів, картер коробки передач, теплообмінник).

Далі, сплав згідно з винаходом підходить перш за все для деталей, які додатково обробляють методами термічного з'єднання, такими як паяння (зокрема, високотемпературне паяння) або зварювання. Сплав згідно з винаходом підходить для паяння алюмінієвих деталей з флюсом, наприклад, в автомобільній промисловості і техніці кондиціювання повітря, а також для процесів в печах для паяння; зокрема, для виготовлення теплообмінників.

Таким чином, винахід належить також до деталей, які одержані зі сплаву, докладно описаного вище. Переважно, деталі одержують шляхом лиття у багаторазові форми, зокрема лиття під тиском, або шляхом пресування видавлюванням, або шляхом кування. При необхідності, деталі можна додатково обробляти і іншими методами, зокрема, методом термічного з'єднання (наприклад, паяння, зварювання) або куванням, щоб одержати складні вузли або деталі зі складною геометрією.

Загалом кажучи, термостійкість виготовлених зі сплаву згідно 3 винаходом деталей, за бажанням, можна ще більше підвищити, піддавши їх штучному старінню. Крім того, у результаті такої термообробки можна досягти підвищення твердості за Брінеллем.

Несподівано виявилося, що високу твердість (типово у інтервалі від 50 до 70 НВУМ 5/250), вже наявну у стані після виготовлення у деталей, що виготовляються зі сплавом згідно з винаходом, можна додатково підвищити, якщо провести термообробку при 150-240 с, переважно 180-220 "С, особливо переважно при 200 "С, протягом періоду від 4 г до 72 г, переважно 8-24 г, особливо переважно 8-12 г. Після такої термообробки деталі мають підвищене значення твердості за Брінеллем (НВУМ5/250), типово у 1,1-14,5 рази вище початкового значення (перед термообробкою). Можливо і більш значне підвищення твердості.

З вищеописаною термообробкою можна одержати деталі, що мають твердість за Брінеллем (НВУУБ/250) щонайменше 70, переважно щонайменше 80. Переважно, одержані таким чином деталі мають твердість за Брінеллем у інтервалі від 70 до 120, зокрема, у інтервалі від 75 до 95.

Сплави згідно з винаходом і виготовлені з них деталі відрізняються високою термостійкістю при високому тепловому навантаженні, причому протягом більш тривалого часу. Як результат, механічні властивості, у першу чергу твердість, дуже стійкі до таких температурних впливів.

Під дією високих температур виготовлені зі сплаву згідно з винаходом деталі звичайно демонструють описувану нижче поведінку відносно зміни твердості (твердості за Брінеллем) залежно від температури: - тепловий вплив на деталі при 150 "С-240 "С, переважно 180-220 "С, особливо переважно при 200 "С, протягом періоду часу від 4 г до 72 г, переважно 8-24 г, особливо переважно 8-12 г, призводить звичайно до підвищення твердості. Внаслідок цього підвищення деталі мають твердість за Брінеллем, яка щонайменше у 1,1-1,5 рази вище початкового значення твердості (в одиницях НВУУ5/250), Більш тривала термообробка (наприклад, більше З днів, до зо днів або ще довше), яка може мати місце, наприклад, при застосуванні або в режимі експлуатації деталей, також не спричиняє негативного впливу на твердість або інші механічні властивості деталей; - якщо тепловий вплив при вищевказаних температурах проводиться протягом більш тривалого часу (» З днів, зокрема, 4 дня або ж довше, наприклад, 30 днів), то після цього деталі мають твердість за Брінеллем, яка щонайменше у 1-1,3 рази більше початкової твердості за

Брінеллем (НВМУУ5/250). Вигідно, що і при тривалому тепловому впливі (3 дня або більше, зокрема, 4 дня або більше, наприклад, 30 днів) при вищевказаних температурах не відбувається погіршення твердості. Принаймні, спочатку наявна твердість по суті зберігається, якщо не підвищується, як було описано; - тепловий вплив на деталі при 260-350 "С, переважно 280-320 "С, особливо переважно при 300 "С, протягом періоду часу від 4 г до 72 г, переважно 8-24 г, особливо переважно 8-12 г, призводить лише до невеликого зниження твердості. Як правило, після такої термообробки твердість за Брінеллем все ще становить 80-95 95 від початкового значення (тобто у стані після виготовлення). Переважно, і при більш тривалому тепловому впливі (З дня або довше, зокрема, 4 дня або довше, наприклад, до 30 днів) при вказаних вище температурах не відбувається подальшої зміни твердості за Брінеллем (тобто вона залишається по суті постійною на приблизно 80-95 95 від початкового значення).

Іншою важливою і переважною властивістю сплаву згідно з винаходом є те, що одержані з нього деталі можна тимчасово піддавати впливу температури, близької до точки солідуса, не викликаючи тим самим суттєвого погіршення твердості або інших механічних властивостей. Ця термостійкість має практичне значення, тому що таке теплове навантаження деталі випробовують, коли їх додатково обробляють, наприклад, методом термічного з'єднання (зокрема, високотемпературним паянням або зварюванням).

Одержані зі сплавом згідно з винаходом деталі можна піддавати короткочасному тепловому навантаженню (530 хв, переважно х20 хв, зокрема, «15 хв) при температурі від 400 "С до 650 С, переважно від 400 "С до 620 "С, зокрема, від 400 "С до 610 "С, не викликаючи тим самим значного погіршення механічних властивостей, зокрема, твердості. Після теплового навантаження, як вказувалося вище, спостерігається лише незначне зниження твердості. Як правило, після такого короткочасного теплового навантаження твердість за Брінеллем все ще складає 70-95 95 від початкового значення (у стані після виготовлення).

Таким чином, сплав згідно з винаходом і вироблені з нього деталі відповідають вказаним у введенні вимогам, зокрема, відносно термостійкості при високих теплових навантаженнях.

Алюмінієвий сплав згідно з винаходом підходить перш за все для одержання деталей для автомобільної промисловості шляхом лиття під тиском, кування або пресування видавлюванням, причому ці деталі необов'язково можуть додатково оброблятися за допомогою процесів з'єднання, зокрема, термічного з'єднання.

Алюмінієвий сплав згідно з винаходом можна з успіхом застосовувати для виготовлення таких деталей, які при їх одержанні, їх подальшій обробці або при їх пізнішому застосуванні випробовують дію високих температур, таких як, наприклад, компоненти двигуна або трансмісії (наприклад, поршні, головки циліндрів, блоки циліндрів, картер коробки передач і т.д.); теплообмінники, а також деталей ходового механізму (шасі) і деталей кузова,

Сплав згідно з винаходом можна одержувати відомими фахівцю способами, звичайно шляхом приготування розплаву, який має склад, що відповідає вказаному вище складу сплаву згідно з винаходом. Легувальні елементи Ті і В переважно додають у вигляді лігатури при одержанні сплаву, як пояснювалося вище.

Сплав згідно з винаходом переважно одержують способом вертикального неперервного розливання. У результаті попередньої обробки розплаву інертними газами забезпечується 60 достатня якість плавки і одержують виливок з низьким вмістом водню; це також є важливою умовою для досягнення високої стабільності твердості при тепловому навантаженні. Способи обробки розплавів металів інертними газами відомі фахівцю.

В одному переважному варіанті здійснення сплав після його одержання піддають необов'язковій термообробці. Її переважно проводять протягом періоду часу від 2 до 42 г, зокрема, 6-24 г, при температурі у інтервалі від 325 "С до 425 "С, зокрема, від 350 "С до 400 "С.

Потім проводять охолодження на повітрі, або термооброблений сплав гартують в придатному газоподібному (наприклад, повітря або інертний газ) або рідкому (наприклад, вода або масло) середовищі. Переважно проводити термообробку 6-24 г при 350-400"С з подальшим охолодженням на повітрі.

Одержання деталей з застосуванням сплаву згідно з винаходом можна також здійснювати відомими способами, переважно пресуванням видавлюванням, литтям у багаторазові форми (зокрема, литтям під тиском) і/або куванням. Необов'язково, можна провести додаткову обробку деталей методами з'єднання (зокрема, високотемпературним паянням або зварюванням) або обробки тиском.

В одному переважному варіанті здійснення деталі, одержані зі сплаву згідно з винаходом, для підвищення твердості піддають необов'язковій термообробці (штучному старінню). Цю термообробку проводять при температурі від 150 "С до 240 "С, переважно від 180 "С до 220 "С, особливо переважно при 200 "С, протягом періоду часу від 4 г до 72 г, переважно 8-24 г, особливо переважно 8-12 г.

Приклади

Як відправна точка, або порівняльний сплав, слугував сплав АІ-Мп згідно з ЕМ АМУ-3103, відомий під торговельним найменуванням "Аіштап-16" (АЇІМп:,в, виробник АЇштіпішт КпеїпієЇдеп

СстрН). Цей сплав через його високу точку тверднення придатний для високотемпературного паяння і підходить для лиття під тиском. Цей сплав застосовується для виробництва холодильників і в харчовій промисловості.

Склад цього сплаву наведений нижче в таблиці 1 (перший рядок, "М").

Через відносно високий вміст Мп і Ге цей сплав відрізняється гарною термічною стійкістю при високих температурах. Однак в описаних вище нових галузях (зокрема, в автомобільній промисловості) цей сплав має обмежене застосування. Зокрема, його твердість недостатня для задоволення необхідних властивостей деталей. З описаним в даній заявці сплавом вдалося досягти помітного покращення щодо цього, що показують результати випробувань, наведені в таблицях 2, З і 4.

Таблиця 1

Склади сплавів

І НС НСНИСТЯ НС ПЕС НЕТ ПЛ НС ОСТ ПСО ій

М |о0и51|0051| 15 | 09 ол | - | 05 - 0031 - | 650 м 107 | 07 | 15 | 08 - | ол | 0 | 006 - | - | 655 12 | 07 | 07 | 12 | 08 - | 02 | 005 0061 - | - | 630 13 | 07 | 07 | 12 | 08 - | 03 | 005| 006 - | - | 630 15 | 07 | 07 | 12 | 08 - | 05 | 0051 006 - /005| 630 16 | 07 | 07 | 12 | 08 08 | 03 | 005| 006 - | - | бго 17 | 07 | 07 | 12 | 08 08 | 03 | 005006 0031 - | 615 14 | 07 | 07 | 12 | 08 | 06 | 03 | 008 | 006 - | ол | 625 ів | 007 | 07 | 12 | 08 | 06 | 03 | 008 | 006 - | ол | 625 "термооброблений згідно з пунктом 13 формули винаходу

Усі дані наведені в мас. 95; залишок - АЇ і неминучі домішки. Рядки таблиці, позначені 11, 12,

Ї3,14,15,16 і 17, належать до варіантів сплаву згідно з даним винаходу. І 8 відповідає сплаву

Ї7 з додатковою термообробкою за пунктом 18 формули винаходу і також являє собою сплав за винаходом.

Було виплавлено сім сплавів згідно з винаходом 11, 12,13,14, 15, 16 ї ІГ7, склад яких вказаний в таблиці 1. Сплав І 8 відповідає сплаву 17 з додатковою термообробкою за пунктом 18 формули винаходу. Як контроль був виплавлений порівняльний сплав М ("АІштап-16", див, вище), склад якого також наведений в таблиці 1. З усіх восьми сплавів відливали циліндричні зразки (0 40 мм, висота 30 мм).

Для дослідження впливу температури на зміну твердості відлиті з восьми вказаних сплавів зразки піддавали різним тепловим навантаженням.

Досліди проводили при трьох температурах протягом різного періоду часу. Результати наведені у наступних таблицях 2, З і 4.

Проводили тривалі випробування при 200 "С (таблиця 2) і 300 "С (таблиця 3) тривалістю 10 гі100 г.

Крім того, було проведено прискорене випробування при 600 "С і 900 з (15 хв) (таблиця 4), що моделює термічне навантаження і поведінку сплавів в процесах термічного з'єднання.

Зразки, оброблені у вказаних нижче температурних умовах, охолоджували після термообробки на повітрі до кімнатної температури (близько 25 С) і потім визначали їхню твердість за Брінеллем (НВМУ5Б/250; кулька для випробування на твердість з карбідвольфрамового твердого сплаву; діаметр кульки 5 мм). В таблицях 2, З і 4 відображається середньоарифметичне значення виміряних значень твердості.

Результати показують, що всі алюмінієві сплави згідно з винаходом (І 1-І 8), незалежно від тривалості теплового впливу, мали більш високу твердість, ніж порівняльний сплав У.

Вже у відлитому стані (тобто до початку випробування) варіанти сплаву згідно з винаходом (1-83 виявляють помітно більш високу твердість у порівнянні з порівняльним сплавом М. У результаті термообробки при 200 С (10 г) вдалося ще більше підвищити твердість (дивись таблицю 2).

Всі інші досліди показують, що варіанти сплаву згідно з винаходом (І 1-І8) перевершують порівняльний сплав відносно твердості. Хоча при більш високих температурах або при більшій тривалості випробування встановлено зменшення твердості у порівнянні з відлитим станом (дивись таблиці З і 4), досягнені при цьому значення твердості також лежать вище твердості порівняльного сплаву.

Проведене прискорене випробування при 600 "С також показує однозначний результат.

Виміряні значення твердості алюмінієвих сплавів І 1-8 згідно з винаходом більше ніж на 10 одиниць твердості за Брінеллем перевищують твердість порівняльного сплаву У.

Таблиця 2

Порівняння твердості (НВУМ5/250) при 200 70 перед початком нини МИТІ ТО нини ши ши: лим пили тил нн п В ПО :х Я ОО то

Таблиця З

Порівняння твердості (НВУМ5/250) при 300 "С перед початком нини МИТІ ЕТО нн ши пиши ПИ ло ПО Сто нн п В ПО с Я ПОЛО 1: о нини: пи а я ПО с У по ПО т по

Таблиця 4

Порівняння твердості (НВУМ5/250) при 600 С 11111111 | передпочаткомвипробування | 900с ниин?СЬІ ІОВОВВОВООВОООВОВОВОВИТСС ЛООВООВОВЛООООВОВОВЕ С ОО нин ши нн І ІІ нин: нн" ВЛ ІЛ ЛИ НИ

Claims (21)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Алюмінієвий сплав для деталей з підвищеною термостійкістю, зокрема, для одержання таких деталей шляхом пресування видавлюванням, кування або лиття у багаторазові форми, причому сплав має наступний склад: 0,2-1,8 мас. 9» 5, 0,2-1,8 мас. 95 Ма, 0,8-2,5 мас. 96 Мп, 0,2-1,5 мас. бь Ее, 0,05-0,75 мас. 95 Ат, 0,03-0,18 мас. 95 Ті, необов'язково, один або декілька з наступних елементів: макс. 0,1 мас. 9о Ст, макс. 0,05 мас. 95 Си, 0,2-1,8 мас. бо п, 0,02-0,5 мас. 95 Ег; також необов'язково, 0,01-0,2 мас. 95 домішки, що подрібнює зерно, яка містить Ті і В; решта - алюміній і неминучі домішки.

2. Алюмінієвий сплав за п. 1, який відрізняється тим, що вміст Мп складає від 0,8 до 1,5 мас. 95, переважно від 1,2 до 1,5 мас. 95.

3. Алюмінієвий сплав за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що відношення Бе/Мп складає у інтервалі від 0,5 до 0,7, переважно складає 2:3.

4. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вміст 5і складає від 0,6 до 0,8 мас. 95, переважно 0,7 мас. 95.

5. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що відношення Ма/5і складає у інтервалі від 0,9 до 1,1, переважно складає 1:1.

6. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вміст 2г складає від 0,08 до 0,35 мас. 95, переважно від 0,1 до 0,3 мас. 95.

7. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що відношення Ті/7г складає у інтервалі від 0,15 до 1, переважно складає 1:4.

8. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що він містить Си у кількості максимум 0,05 мас. 95, переважно не вище 0,03 мас. 95.

9. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що він містить Сг у кількості максимум 0,1 мас. 9о, переважно не вище 0,08 мас. 95.

10. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що він містить від 0,02 до 0,5 мас. 95 Ег, переважно від 0,02 до 0,3 мас. 905 Екг.

11. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вміст 2п складає від 0,4 до 0,8 мас. 95, переважно від 0,5 до 0,7 мас. 95.

12. Алюмінієвий сплав за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що вміст 7п складає від 0,4 до 1,2 мас. 95, переважно від 0,6 до 1,2 мас. 95, зокрема 1 мас. 95.

13. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що він має твердість за Брінеллем (НВУМ5/250) щонайменше 55, переважно щонайменше 65, особливо переважно щонайменше 80.

14. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що його температура солідуса 2610 "с.

15. Алюмінієвий сплав за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що він підданий термообробці протягом від 2 до 42 г, переважно 6-24 г, при 325-425 "С, переважно при 350-400 "С, з подальшим охолодженням в газоподібному або рідкому середовицщі.

16. Деталь, зокрема для автомобільної промисловості, одержана зі сплаву за будь-яким з попередніх пунктів.

17. Деталь за п. 16, яка відрізняється тим, що вона одержана литтям у багаторазові форми, зокрема литтям під тиском, або куванням, або пресуванням видавлюванням.

18. Деталь за п. 16 або 17, яка відрізняється тим, що її піддано термообробці протягом від 4 г до 72 г, переважно 8-24 г, при 150-250 "С, переважно при 180-220 76.

19. Деталь за п. 18, яка відрізняється тим, що вона має твердість за Брінеллем (НВУМ5/250) у інтервалі від 70 до 120, зокрема у інтервалі від 75 до 95.

20. Деталь за будь-яким з пп. 16-19, яка відрізняється тим, що її додатково оброблено одним або декількома методами термічного з'єднання, переважно паяння або зварювання.

21. Застосування алюмінієвого сплаву за будь-яким з пп. 1-15 для одержання деталей для автомобільної промисловості шляхом лиття під тиском, кування або пресування видавлюванням, причому деталі необов'язково додатково оброблено методами з'єднання, зокрема, термічного з'єднання. 000 КомпютернаверсткаМ.Шамоніна.дГ (00000000 Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601