литейный сплав на основе алюминия

Формула изобретения

Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, никель, магний, марганец, железо, титан, цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сурьму и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний	8,5-12,0
Медь	1,2-4,5
Цинк	0,2-1,5
Магний	0,1-1,4
Титан	0,02-0,2
Никель	0,02-0,3
Марганец	0,1-0,6
Железо	0,2-1,0
Сурьма	0,05-0,25
Азот	0,02-0,15
Алюминий	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов, используемых для изготовления деталей с большим объемом механической обработки, работающих при высоких температурах.

Известны литейные сплавы марок АЛ5 и АЛ9 по ГОСТ 2685-85, применяемые для изготовления отливок способом литья в кокиль и под давлением с большим объемом механической обработки. Однако технологические свойства этих сплавов, такие как трещиностойкость и обрабатываемость резанием, недостаточны.

Наиболее близким к предложенному по достигаемому эффекту является литейный сплав на основе алюминия (А.с. СССР №805643, С22С 21/04, 1986), содержащий, мас.%:

Кремний	10,0-12,0
Медь	0,8-1,8
Никель	0,8-1,3
Магний	0,8-1,3
Марганец	0,2-0,6
Железо	0,4-0,9
Титан	0,05-0,4
Цинк	0,21-0,9
Цирконий	0,02-0,2
Ванадий	0,02-0,2
Алюминий	Остальное

Известный сплав обладает следующими свойствами: предел прочности при температуре 20°С составляет 25,0-30,1 кГс/мм², а при температуре 250°С - 19,8-22,0 кГс/мм². Твердость при температуре 20°С составляет 100-125 НВ, а при температуре 250°С - 70-85 НВ. При литье данного сплава отмечаются несоответствие структуры 11-15% и пористость. Также отмечаются недостаточные технологические свойства.

Задачей данного технического решения является повышение технологических свойств.

Поставленная задача решается тем, что литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, медь, никель, магний, марганец, железо, титан, цинк, дополнительно содержит сурьму и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний	8,5-12,0
Медь	1,2-4,5
Цинк	0,2-1,5
Магний	0,1-1,4
Титан	0,02-0,2
Никель	0,02-0,3
Марганец	0,1-0,6
Железо	0,2-1,0
Сурьма	0,05-0,25
Азот	0,02-0,15
Алюминий	Остальное

Существенным отличием предложенного литейного сплава на основе алюминия является дополнительное введение в его состав сурьмы и азота, что существенно повышает его технологические свойства.

Дополнительное введение в состав литейного сплава на основе алюминия сурьмы обеспечивает повышение стабильности структуры, технологических свойств, твердости и прочности сплава, что способствует увеличению стойкости и эксплуатационных свойств. Микролегирующий эффект сурьмы при содержании до 0,05 мас.% недостаточен, не обеспечивается получение изотропной структуры и повышение твердости, износостойкости и технологических свойств, а при концентрации сурьмы более 0,25 мас.% увеличивается содержание неметаллических включений по границам зерен, снижаются механические и технологические свойства и стойкость.

Азот измельчает структуру и повышает твердость, прочность, стойкость и другие технологические свойства, но при содержании его более 0,15 мас.% увеличивается неоднородность структуры, что снижает ударную вязкость, задиростойкость и коэффициент трения, а при содержании азота до 0,02 мас.% его влияние на прочность, твердость и технологические свойства несущественно.

Введение кремния обусловлено его положительным влиянием на технологические свойства, поэтому верхний предел его концентрации повышен до 12,0 мас.%, выше которой технологические свойства снижаются.

Концентрация меди на верхнем пределе повышена до 4,5 мас.%, что способствует повышению предела прочности и технологических свойств. При ее концентрации более 4,5 мас.% ухудшаются механические и технологические свойства, а при концентрации меди менее 1,2 мас.% технологические и физико-механические свойства сплава недостаточны.

Цинк, титан и железо улучшают физико-механические и технологические свойства и содержание их принято в пределах, не снижающих технологические свойства.

Магний обеспечивает измельчение структуры и стабилизацию металлической основы, способствует повышению твердости, износостойкости, сопротивляемости трещинам и выносливости. При концентрации магния до 0,1 мас.% твердость, выносливость, технологические свойства и предел прочности сплава недостаточны, а при концентрации магния более 1,4 мас.% ухудшаются технологические свойства, увеличивается ликвация, снижаются предел выносливости, износостойкость и повышается коэффициент термического расширения.

Никель обеспечивает микролегирующее влияние на структуру сплава, повышает трещиностойкость. При его содержании до 0,02 мас.% микролегирующий эффект недостаточен, а при повышении его концентрации более 0,3 мас.% снижаются технологические свойства.

Цирконий и ванадий являются дорогостоящими компонентами, снижающими стабильность структуры и свойств, поэтому они исключены из состава сплава.

Выплавку сплавов на основе алюминия производят в индукционных тигельных печах. Сначала в тигель загружают кусковой флюс с таким расчетом, чтобы после расплавления образовывалась ванна глубиной до 150 мм, в которую постепенно загружают слегка подогретые чушки силумина, отходы собственного производства, чистые материалы и лигатуры. После расплавления шихты флюс снимают, чтобы использовать его для новой плавки. При достижении температуры 710-780°С расплав продувают азотом непосредственно в индукционной печи или после его розлива в электрических тигельных (раздаточных) печах в течение 5-6 минут.

После этого алюминиевые сплавы разливают в металлические формы для получения технологических проб, образцов и деталей.

В табл.1 приведены сплавы на основе алюминия опытных плавок.

В табл.2 приведены технологические пробы этих сплавов.

В качестве эталона при обработке шлифованием использовали литейный алюминиевый сплав марки АЛ8 плотностью 2,55.

Таблица 1
Сплав	Содержание компонентов, мас.%
	Кремний	Медь	Цинк	Магний	Титан	Никель	Марганец	Железо	Сурьма	Азот	Ванадий	Цирконий	Алюминий
1 (изв.)	11,5	1,2	0,7	1,1	0,21	1,12	0,4	0,7			0,1	0,05	Остальное
2	8,5	1,2	0,2	0,1	0,02	0,02	0,1	0,2	0,05	0,02			Остальное
3	9,2	3,1	1,8	0,9	0,07	0,2	0,4	0,7	0,12	0,08			Остальное
4	12	4,5	2,5	1,4	0,2	0,3	0,6	1,0	0,25	0,15			Остальное
5	7,6	0,8	0,1	0,03	0,01	0,01	0,07	0,1	0,02	0,01			Остальное
6	12,5	3,3	2,8	1,6	0,31	0,45	0,65	1,2	0,3	0,22			Остальное

Таблица 2
Сплав	Предел прочности, кгс/мм 2		Твердость, НВ		Относительная шлифуемость, Кш	Жидкотекучесть, мм	Несоответсвие структуры при литье под давлением, %	Износостойкость, г/м2.гс	Коэффициент термического расширения, (20-200°С)·10 -6 град
	При 20°С	При 250°С	при 20°С	при 250°С
1 (изв.)	29,5	20,8	115	80	1,0	530	12	120	19,8
2	30,5	21,5	126	87	1,24	600	2,1	95	18,8
3	3,8	24,6	128	95	136	638	0,8	72	18,3
4	32,6	23,7	129	96	1,28	620	1,2	76	18,5
5	29,7	19,9	116	82	1,05	535	11	116	19,7
6	30,2	20,1	123	86	1,16	580	2,7	98	19,2