СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФАСОННЫХ ОТЛИВОК АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD FOR PRODUCTION OF SHAPED CASTINGS OF ALUMINIUM-SILICON ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к способам получения фасонных отливок сплавов системы алюминий-кремний литьем под низким давлением, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, использующих литье под низким давлением для сплавов системы алюминий-кремний.
Известен способ получения отливок под давлением из алюминиево-кремниевых сплавов (ГОСТ 1583). Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получать отливки с повышенными механическими характеристиками.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ, предложенный в работе: Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием.- М: Металлургия, 1977, с.239, включающим литье под давлением. К недостаткам метода получения отливок при использовании прототипа следует отнести также пониженный уровень механических свойств отливок.
Основная задача изобретения заключается в повышении качества фасонных отливок, а именно увеличение прочности и пластичности отливок из алюминиево-кремниевых сплавов, имеющих заданный фазовый и структурный состав.
2
8
5
Для достижения поставленной задачи заявляемый способ получения фасонных отливок сплавов системы алюминий-кремний содержит следующую совокупность существенных признаков, литье под давлением менее 1 бар, применение скорости охлаждения 0,6-1,8 К/с в интервале температур кристаллизации отливок, содержащих после затвердевания в структуре твердый раствор легирующих элементов в алюминии, модифицированную и немодифицированную эвтектики, а также железосодержащие фазы - FeSiAl - α-фаза, FeSiAl - β-фаза, концентрации которых составляют, об.%: твердого раствора легирующих элементов в алюминии - 22±3; модифицированной эвтектики - 70±5; немодифицированной эвтектики - 8±2; сумма железосодержащих фаз α и β - 0,7±0,2.
Отличительными особенностями заявляемого изобретения являются:
- литье под низким менее 1 бар регулируемым давлением;
- применение скорости охлаждения при кристаллизации отливок 0,6-1,8 К/с;
- содержание в структуре твердого раствора легирующих элементов в алюминии в количестве 22±3 об.%;
- содержание модифицированной и немодифицированной эвтектик, соответственно 70±5 и 8±2 об.%;
- сумма железосодержащих фаз α и β - 0,7±0,2 об.%.
Между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь, которая прослеживается по данным, приведенным в таблицах 1 и 2. Экспериментально установлено, что литье под низким, менее 1 бар, давлением и выбор граничных значений параметров охлаждения фасонных отливок, а именно изменение скорости охлаждения в интервале 0,6-1,8 К/с, приводят к получению в структуре отливок заявляемых концентраций фаз и структурных составляющих и способствуют росту прочности и пластичности. Это связано также и с измельчением фаз и структурных составляющих, что обеспечивается оговоренными в заявляемом способе методом литья и скоростями охлаждения при кристаллизации отливок. Экспериментальная реализация заданных параметров литья выполнялась на отливках из высококремнистого алюминиевого сплава марки АК12 (таблицы 1, 2).
Таблица 1
Параметры литья отливок и структура* сплава марки АК12
Пример
Способ обработки
Скорость охлаждения при кристаллизации, К/с
Al - твердый раствор, об.%
Модифицированная эвтектика, %
Не - модифицированная эвтектика, %
α и β - железосодержащие фазы,  об.%
1
Известный
-
-
-
-
-
2
Предлагаемый
0,6
19
70
10
0,75
3
1,2
23
66
8
0,71
4
1,8
24
75
6
0,56
5
За пределами
0,4
30
54
15
1,0
6
предлагаемыми
2,2
13
84
2
1,0
*Представлены средние значения по пяти полям зрения микроскопа, в каждом поле выполнялось по 15 замеров
Таблица 2
Механические свойства отливок
Пример*
Механические свойства**
σ<sub>в</sub>, МПа
σ<sub>0,2</sub>, МПа
δ, %
1
140
-
4,0
2
165
88
8,0
3
179
94
12,0
4
184
97
13,5
5
157
82
6,0
6
145
78
4,0
*Номер примера и режим кристаллизации соответствуют таблице 1;
**Приведены средние значения механических свойств трех различных партий, исключая первый пример
Пример конкретной реализации заявляемого способа был выполнен при литье отливок под низким, менее 1 бар, регулируемым давлением из сплава марки АК12. Литье под низким, 1 бар, регулируемым давлением является оптимальным, так как отсутствие давления не обеспечивает получения качественных фасонных отливок. При этом в отливках наблюдаются недоливы, особенно в тонких ее частях и узких каналах. Повышение давления выше 1 бар также понижает качество отливок, что связано с высокими скоростями заполнения расплавом водоохлаждаемой формы, что ведет к повышенному газосодержанию и пористости.
Скорости охлаждения, находящиеся за пределами и предлагаемые в формуле изобретения, равные 0,4-2,2 К/с в интервале температур кристаллизации сплава марки АК12, достигаются следующим образом: 0,4 К/с - при охлаждении отливки в предварительно нагретом до 150°С кокиле, изолированном асбестовым листом; 0,6 К/с - разливка в холодный кокиль; 1,2 К/с - литье в холодный кокиль, с обдувкой его сжатым воздухом; 1,8 К/с - разливка в водоохлаждаемый кокиль; 2,2 К/с - литье в металлическую форму, охлаждаемую ледяной водой. Скорость охлаждения ниже 0,6 К/с не обеспечивает заданного фазового и структурного состава, что приводит к пониженным механическим характеристикам (пример 5). Скорости охлаждения выше, оговоренных в формуле 1,8 К/с, приводят к возникновению высоких литейных напряжений, иногда к образованию трещин, не позволяют получить заданных структур, а следовательно, снижают механические свойства (пример 6).
Количественная оценка фаз и структурных составляющих выполнялась на металлографических шлифах, приготовленных стандартным методом, с изучением структуры на оптическом микроскопе фирмы Carl Zeiss модель Axio Observer. Автоматическая модель Axio Observer позволяет определять размеры и площадь, занимаемую отдельными фазами и структурными составляющими. Полученные численные значения оценки микроструктуры выдаются данной программой в таблицах, которые легко обрабатываются в Excel.
Технический результат при реализации в промышленности заявляемого способа получения фасонных отливок заключается в повышении прочностных и пластических свойств фасонных отливок из сплавов системы алюминий-кремний.