Литейный высококремнистый сплав на основе алюминия
ALUMINIUM-BASED CAST HIGH-SILICON ALLOY

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия и может быть использовано при изготовлении фасонных отливок сложной формы, литьем под низким давлением, таких как автомобильные диски колес. Сплав содержит следующие компоненты, мас. %: кремний 11-12, магний 0,20-0,27, медь до 0,03, цинк до 0,01, соотношение марганца к железу должно быть не менее 1/3, при содержании железа не более 0,17, титан до 0,12, бор до 0,006, стронций до 0,025, алюминий остальное. Изобретение направлено на получение литейного сплава с высокими технологическими, прочностными и пластическими характеристиками.
Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия с повышенными технологическими и механическими свойствами, используемых в качестве конструкционных материалов в машиностроении при изготовлении автомобильных дисков колес методом литья под низким давлением.
Известен литейный сплав на основе алюминия АЛ2 (АК12) по ГОСТ 1583-93, содержащий, мас. %:
Кремний
10-13
Магний
0-0,1
Медь
0-0,6
Цинк
0-0,3
Марганец
0-0,5
Железо
0-1,5
Титан
0-0,1
Алюминий
Остальное
Недостатками данного сплава являются невозможность его упрочнения за счет термической обработки на максимальную прочность и, как следствие, невысокие механические свойства.
Известен также литейный сплав на основе алюминия (Патент РФ №2415193, МПК C22C 21/04, 2011), содержащий, мас. %:
Кремний
2,8-4,4
Магний
0,05-0,8
Медь
0,5-3,5
Цинк
0,2-3,0
Марганец
0,2-1,2
Железо
1,2-2,2
Церий
0,01-0,3
Алюминий
Остальное
Этот литейный сплав обладает низкой коррозийной стойкостью, имеет пониженную жидкотекучесть и недостаточную трещиностойкость. В стандартных технологических пробах на трещиностойкость при заливке в металлические формы образуются несколько трещин, имеющих общую длину до 14-20 см.
При литье в кокиль отливки из известного сплава после закалки в воде и старения по режиму T6 обладают следующими механическими свойствами:
σ<sub>В</sub>, МПа
216-225
δ, %
0,7-0,9
Твердость, НВ
90-95
Наиболее близким к предложенному сплаву является литейный сплав на основе алюминия (А.с. СССР №1803450, МПК C22C 21/04, 1993) следующего химического состава, мас. %:
Кремний
5,0-12,0
Магний
0,3-2,5
Медь
1,0-2,0
Цинк
0,2-2,0
Марганец
0,1-0,6
Нитриды титана
0,02-0,2
Нитриды алюминия
0,01-0,08
Никель
0,01-0,3
Алюминий
Остальное
Известный сплав склонен к образованию газоусадочной пористости и обладает нестабильными пластическими и технологическими свойствами.
Задачей изобретения является получение литейного, термически упрочняемого сплава, с высокими технологическими, прочностными и пластическими характеристиками
Поставленная задача решается тем, что литейный высококремнистый сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, медь, цинк, марганец, железо, титан, дополнительно содержит бор и стронций при следующем соотношении компонентов, мас. %: кремний 11-12, магний 0,20-0,27, медь до 0,03, цинк до 0,01, соотношение марганца к железу должно быть 1/3, при содержании железа не более 0,17, титан до 0,12, бор до 0,006, стронций до 0,025, алюминий остальное.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Концентрация кремния в заявленных пределах обеспечивает необходимую температуру ликвидуса и, как следствие, высокие технологические свойства (в частности, формозаполняемость).
2
Магний в заявленных пределах находится в алюминиевой матрице в виде вторичных выделений фазы MgSi, что вносит основной вклад в прочность сплава при литье под низким давлением. Данного количества магния достаточно для проведения эффективной термической обработки на максимальную прочность (T6).
Для измельчения зерна α-твердого раствора в сплав вводится титан в количестве до 0,12 и бор до 0,006 мас. %, а для измельчения и изменения морфологии эвтектической фазы Si вводится стронций в количестве до 0,025 мас. %, такого количества достаточно для повышения механических свойств. При большем увеличении концентрации титана снижаются литейные характеристики сплава. При содержании титана, бора и стронция менее нижнего предела механические свойства недостаточны.
Были приготовлены 5 сплавов, составы которых указаны в табл. 1. Опытные плавки литейных сплавов проводились в тигельных индукционных печах ИАТ-2,5. В качестве шихтовых материалов использовали возврат собственного производства из сплава АК12, легирующие и модифицирующие добавки, для освежения расплава использовалась мелкогабаритная чушка первичного алюминия A8. Магний вводят в печь ИАТ при температуре 790-820°C, добавка лигатур содержащих титан, бор и стронций производится во время рафинирования при 740-770°C. Максимально допустимый перегрев расплава в печи - 850-870°C. Для рафинирования расплавов используют продувку аргоном.
Заливку расплава из ковша производят в раздаточную печь литейной установки. Литье под низким давлением осуществляется при температуре расплава 690-720°C.
Механические свойства на разрыв определяли по ГОСТ 1497-84 на цилиндрических образцах (тип II), твердость определяли по ГОСТ 9012-59. Результаты исследования механических свойств представлены в табл. 2.