SU1792997A1

SU1792997A1 - Cплab ha ochobe aлюmиhия

Info

Publication number: SU1792997A1
Application number: SU904857092A
Authority: SU
Inventors: Viktor M Kakovin; Nikolaj D Isaev; Leonid M Kofman; Yurij F Volkov; Evgenij V Nikonov; Serafima P Molodchinina; Viktor S Shipilov; Gennadij V Kovalev
Original assignee: Stupinskij Metall Kom
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1993-02-07

Description

Изобретение относится к области цветметаллургии. в частности, к алюминиесплавам, применяемым для ной ι вып изготовления деталей двигателей внутренней вок о сгорания, например, поршней и голо: цилиндров.

Недостатком сплав является также низкий уровень механических свойств, поскольку предел прочности составляет 22 кгс/мм², а относительное удлинение 0,5%.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и доИзвестен сплав на основе алюминия 2М2М Н (АЛ25) при следующем соотноАК1 шеьии компонентов, мас.%:

Кремний Медь Магний .Никель Марганец

Титан

Хром до

Железо Длюминий

Сплав АК12М2М

11,0-13,0

1,5-3,0

0,8-1,3

0,3-0,6

0,05-0,2

0,2 <0,8 Остальное Н(АЛ25) относится литейным сплавам и его основным недостатком является низкая пластичность, поэтому как деформируемый данный сплав использоваться практически не может.

стигаемому результату является сплав

АК12Д, содержащий кремний, магний, мар-
ганец, медь, никель и титан. Кроме того, он
содержит бор, а вся композиция имеет сле-
дующее соотношение компонентов, мас.%:
Кремний	11,0- 13,0
Магний	0,8-1,3
Марганец	0,3-0,6
Медь	1,5-3,0
Никель	0.8- 1,3
Титан	0,05-0,2
Бор	0,005 (по расчету)
Железо	до 0,7
Цинк	до 0,5 .
Олово	до 0,02
Свинец	до 0.1
Хром	до 0,2
Алюминий	Остальное

1792997 А1

Существенным недостатком сплава АК12Д является образование первичных интерметаллидов в заготовках, отливаемых непрерывным методом, особенно при содержании кремния, никеля и железа на верхнем пределе, снижающих пластичность сплава, в результате чего снижается термоциклическая стойкость деталей, определяемая временем работы детали до появления трещин.

При содержании кремния больше 12% избыточное его количество сохраняется в виде первичного кремния, который совместно с первичными интерметаллидами'оказывает отрицательное воздействие на детали при механической обработке и в процессе эксплуатации.

Кроме того, изделия,изготовленные из сплава АК12Д согласно ТУ 1-801-351-84 дол- жны иметь следующий уровень механических свойств:

Предел прочности, кгс/мм²30-32

Предел текучести, кгс/мм² 25-36 Удлинение, % .0,8-2

Твердость ЫВ, кгс/мм²107

Однако не только низкий уровень механических свойств, но и структура, ввиду наличия интерметаллидов и свободных кристаллов кремния приводит к снижению износостойкости штампованных изделий, например, поршней двигателей внутреннего сгорания.

Целью предполагаемого изобретения является повышение механических свойств и термоциклической стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, марганец, никель, титан и бор, дополнительно содержит стронций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 9,0-12,5

Магний	0,8-1,3
Марганец ·	0,3-0,6
Медь	1,5-3,0
Никель	0,8-1,3
Титан	0,05-0,2
Бор	0,005-0,05
Стронций	0,005-0,1
Примеси (не более)
Железо	0,7
Цинк	0,5
Хром	0,2
Олово	0,02
Свинец	0,1
Алюминий	Остальное

В литейных сплавах с содержанием кремния больше 12% избыточное количество сохраняется в виде первичного кремния и частос далеко неравномерным располо жением с силуминовой матрице. Для повышения износостойкости деталей, работающих в условиях повышенных температур, необходимо добиваться более высокой дисперсности и равномерного распределения кремния в более пластичной матрице. Измельчение кристаллов кремния повышает прочность сплавов, пластичность и теплопроводность. .

Верхний предел содержания кремния 12,5% обуславливается тем, что в сплаве при большем его содержании весь избыточный кремний сохраняется в виде первичного ' кремния с неравномерным расположением в силуминовой матрице и представляет собой хрупкие, твердые, большого размера включения первичного кремния, которые выкрашиваются при механической обработке изделий и снижают их износостойкость.

При. содержании кремния меньше 9% резко уменьшается количество электрической фазы, что приводит к снижению прочностных свойств и твердости, в результате чего ухудшается обрабатываемость резанием и износостойкость изделий.

Верхний предел содержания бора, ограниченный 0,05% позволяет достичь высокой степени модифицирования структурных составляющих при литье слитков. Содержание бора в сплаве более 0,05% существенного эффекта не дает вследствие появления избыточных частиц боридов больших размеров.

Содержание бора меньше 0,005% не обеспечивает необходимую степень модифицирования структуры, так как образуется малое' количество зародышей для кристаллизации.

Экспериментально установлено, что в присутствии небольших добавок стронция выделяющиеся интерметаллидные фазы измельчаются и приобретают сфероидальную форму, при этом более равномерно распределяются в пластичной матрице.

Введение стронция в количестве 0,0050,1 % способствует эффективному измельчению и модификации интерметаллидных фаз и нерастворимых соединений типа Al - Fe SI, Al - Fe - Мп и Al - Fe - Μη - Si. Содержание Стронция меньше 0,005% не обеспечивает получение достаточно дисперсионных интерметаллидных фаз, что снижает пластичность, которая является критерием термоциклической стойкости, определяемой . временем до появления трещин на изделиях при эксплуатации.

Содержание стронция более 0-,1 % резко снижает эффективность его влияния на измельчение интерметаллидных фаз, что не может способствовать достижению цели изобретения,

Кроме того.введением стронция объясняется и возможность снижения нижнего предела кремния в сравнении с прототипом до 9% за счёт облагораживания’структуры.

При этом механические свойства предлагаемого сплава выше, чем у прототипа.

Регламентация содержания суммы коментов Мп, Fe и Ni объясняется тем, что

2,1% приводит к образованию первичгрубых интерметаллидных фаз, что пон увеличение суммы этих компонентов больше ны>

приводит к снижению механических свойств и особенно пластичности сплава.

Пример. Сплавы с различным содержат нем компонентов готовили в электрической тигельной печи емкостью 100 кг. В качестве шихты использовали силумин чушковый марки СИЛ1, медт катодную марки никель катодный марки Н1, кремний

МО кристаллический, магний чушковый марки МГЗО, лигатуры алюминий - марганец, алюминий

Стр жащей 5% стронция.

титан, отходы сплава АК12Д. энций вводили с лигатурой А№-, содерТемпература расплава в печи не превышали 765°С. После доведения химического состава до расчетного по всем компонентам тем лигатура А- по расчету, расплав рафинировался криалитосодержащим флюсом, вытачивался в течение 30 мин и производилась отливка слитка диаметром 165 мм полунепрерывным методом по режиму: скорость литы и дал кроме стронция, расплав нагревался до тературы 750-760°С, просиживалась я - 90 мм/мин, температура - 725-735°С влением воды - 0,4-0,5 атм.

Всего было приготовлено.семь сплавов, химический состав которых приведен в табл. 1. Для сравнения отливали известный сплав АК12Д среднего химического состава.

Далее из слитков были отпрессованы прутки 85 мм. Температура контейнера 420-440°С. скорость прессования 1,4 м/мин, а затем разрезали их на заготовки длиной 70 мм, из которых были изготовлены 10 штамповки шифра ДРЦ-48 (заготовки для поршня черт. ГФ 21011-1004015 СМК)на гидропрессе усилием 1500 тс и термообработаны по режиму: закалка, температура 495°С, выдержка 60 мин, охлаждение в воде, старе15 ние, температура 190⁺¹°,. выдержке 6 ч, охлаждение на воздухе.

Далее испытывали механические свойства образцов поршневых заготовок предлагаемого, опытных и известных сплавов.

Образцы вырезали из зоны юбки поршня.

После механической обработки проводили сравнительные испытания готовых поршней на специально созданном термоциклическом стенде при нагреве и интен25 сивном охлаждении. Испытания проводили до появления первой трещины.

. Результаты проведенных испытаний представлены в табл. 2.

Технико-экономические преимущества предлагаемого сплава в сравнении с прототипом обусловлены тем, что поршни изготовленные из предлагаемого сплава обладают большей прочностью и пластичностью, повышающей термоциклическую 35 стойкость в 2,5-3 раза, а мелкодисперсная однородная структура повышает долговечность изделий, работающих в условиях высоких температур и знакопеременных нагрузок.

Claims

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия, содержакремний, магний, марганец, медь, ни, титан и бор, отличающийся тем, с целью повышения механических ств и термоциклической стойкости, он щий кель, что, своС дополнительно содержит стронций при следую дем соотношении компонентов, мас.%:

<ремний

Магний t

Марганец 0,3-0,6 Медь 1.5-3.0 . Никель 0.8-1.3 Титан 0,05-0,2 Бор 0,005-0,05 Стронций 0,005-0,1 Алюминий Остальное,

причем сумма марганца, железа и никеля должна быть не более 2,1%.

9,0-12,5

0,8-1,3

Таблица 1

Сплав Состав Содержание компонентов; мае. % SI Мд Мп Си N1 Т1 В Sr Al Mn+Fe+NI Предложенный 1 9.0 0.8 0.3 .15 0.8 0.05 0.005 0.005 Остальное 1.6 2 11.0 1.0 0.45 2.0 1.1 0.1 0.008 0.009 Тоже 2.1 3 115 1Л 0,5 25 1.05 0.1 0.04 0.07 2.0 4 12.0 1.2 0.5 2.5 1,05 о.г 0,04 0.08 1.S 5 125 1.3 0.6 3.0 13 0.2 0.05 0.1 1.1 Известный /АХ12Д/ 8 125 t35 05 1.6 0.8 0.19 0.005 По расчету

Таблица 2

·. Сплав Состав Механические свойства при 20°С Результаты сравнительных испытаний по терйоциклировзнию ОЬ. ггс/ми² δ.% Λ2. ггс/мм² Количество термоцикпов до появления трещин Время до появления трещин, ч Твердость после термообработки, НВ Предложенный 1 34.0 3.6 28.0 4758 136.6 112 2 35.0 3.8 32.1 4890 139.8 114 3 34,0 43 29.1 6078 174.2 117 4 36.5 4.8 33.1 6351 182,0 117 5 36.7 4.0 333 5012 147,8 120 ' Известный /АК12Д/ 8 30.0 0.8 25.0 1855 53.1 107