СПОСОБ ЗАКАЛКИ ОТЛИВОК ИЗ СПЛАВА АК8М
PROCEDURE OF QUENCHING CASTS OUT OF ALLOY AK8M

Предлагаемое изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при закалке тонкостенных отливок сложной конфигурации из сплава АК8М для последующего изготовления из них высокоточных деталей.
Известен способ закалки отливок из сплава АК8М, включающий нагрев до температуры 515±5°С, выдержку и охлаждение в воде (RU 2125618 С1, МПК C22F 1/04, 27.01.1999, реферат) [1], взят в качестве аналога.
Охлаждение отливок при этом способе производят непосредственно с температуры закалки (515°С) в воде. В этом случае из-за значительной разности температур возникают напряжения в отливках. Напряжения приводят к деформации отливок. Эти деформации устраняют с помощью механического воздействия (рихтовки). В процессе рихтовки могут возникать трещины, так как сплав АК8М даже после закалки имеет низкую пластичность (δ=3-4%). Трещины могут образовываться внутри отливок (скрытые трещины), которые могут развиваться и разрушать отливки в процессе дальнейшей механической обработки, а также могут приводить к разрушению изделий в эксплуатации. Это приводит к значительным издержкам.
Известен способ закалки отливок из сплава АК8М (АЛ32), который заключается в нагреве отливок двухступенчато: сначала до 505±5°С, выдерживают 2-8 часов, а затем нагревают до 515±5°С, выдерживают 2-8 часов и охлаждают в воде 100°С. Способ взят в качестве прототипа (см. ГОСТ 1583-93, на 2-х листах прилагается) [2].
Охлаждение в воде 100°С с температуры 515°С не обеспечивает существенное снижение градиента температуры (515°-100°C=415°C) и внутренних напряжений, что важно для закалки отливок сложной конфигурации. Это является существенным недостатком для последующего изготовления высокоточных деталей.
Технический результат изобретения - уменьшение деформации, повышение пластичности и надежности отливок.
Технический результат изобретения достигается способом закалки отливок из сплава АК8М, включающим нагрев до температуры 515°С, выдержку и охлаждение, при этом выдержку проводят в течение 4 часов, а охлаждение осуществляют сначала с печью со скоростью 60-90°С в час до 410°С с выдержкой в течение 1 минуты, затем в воде с температурой 90-100°С с выдержкой 3 минуты и в воде с температурой 20-30°С.
Предлагаемый способ закалки отливок из сплава АК8М имеет новые существенные отличия от способов аналога и прототипа, что обеспечивает технический результат.
Пример практического применения.
Подвергали закалке образцы и отливки из сплава АК8М по различным режимам. Результаты исследования указаны в таблице.
Таблица
Результаты исследования сплава АК8М после различных режимов термической обработки.
№ п/п
№ Плавок
Режим закалки
Изменение размеров образцов, ± % после
Свойства
Примечание
закалки
старения
σ<sub>в</sub> МПа
δ%
1
2
3
4
5
6
7
8
А
Нагрев до температуры
+0,22
210
3,3
515±5°С, выдержка 4
часа, охлаждение в воде с
Способ-
1
Б
температурой 20-50°С
+0,25
226
3,4
аналог
А
Искусственное старение при
-0,08
250
2,1
температуре
130±5°С - 3 часа +
Б
160±5°С - 3 часа,
-0,15
260
2,0
охлаждение на воздухе
Нагрев до 505°С,
выдержка 3 часа, нагрев до 515°С,
+0,25
210
3,4
2
В
выдержка 4 часа, охлаждение в воде 100°С
+0,3
220
3,1
Способ-прототип
Искусственное старение
-0,07
260
2,0
170±5°С - 8 часов
-0,17
270
1,7
Нагрев до температуры
А
515±5°С, выдержка 4
+0,08
185
5,5
часа, охлаждение с печью со скоростью 60-90°С в час до 410°С,
Б
выдержка 1 минута,
+0,12
200
6,0
охлаждение в воде с
температурой 90-100°С, выдержка 3
Предлагаемый
3
минуты, охлаждение
в воде с температурой 20-30°С.
способ
А
Искусственное старение
-0,05
260
3,4
при температуре
130±5°С - 3 часа +
Б
160±5°С - 3 часа,
-0,08
265
3,2
охлаждение на воздухе
№ п/п
№ Плавок
Режим закалки
Изменение размеров образцов, ± % после
Свойства
Примечание
закалки
старения
σ<sub>в</sub> МПа
δ%
1
2
3
4
5
6
7
8
А
Нагрев до температуры515±5°С,
+0,06
175
6
Способ, выходящий за пределы предлагаемого
4
Б
выдержка 4 часа,
+0,1
190
6,5
охлаждение с печью со скоростью 60-110°C в час до380°C, выдержка 1 минута, охлаждение в воде с температурой 90-100°С, выдержка 3 минуты, охлаждение в воде с температурой 20-30°С
А
Искусственное старение
-0,04
210
5,5
при температуре
130±5°С - 3 часа +
Б
160±5°С - 3 часа,
-0,07
220
5
охлаждение на воздухе
Нагрев до температуры
5
А
515±5°С, выдержка 4 часа, охлаждение с печью со скоростью 40-50°C в час до 410°С,
+0,05
220
4,5
Б
выдержка 1 минута, охлаждение в воде с температурой 90-100°С, выдержка 3 минуты, охлаждение в воде с температурой 20-30°С
+0,09
225
4,9
-«-
А
Искусственное старение при температуре
-0,03
230
4,0
Б
130±5°С - 3 часа +
-0,06
235
3,6
160±5°С - 3 часа,
охлаждение на воздухе
Нагрев до 505°С,
В
выдержка 3 часа,
Способ-
Нагрев до 515°С,
+0,25
210
3,4
прототип
выдержка 4 часа,
охлаждение в воде
+0,3
220
3.1
100°С
Искусственное
-0,07
260
2,0
старение 170±5°С - 8 часов
-0,17
270
1,7
Примечания к таблице.
1. При экспериментах использовали образцы №2 табл.3, ГОСТ 1583-93. Торцы образцов доведены до шероховатости  для повышения точности при измерении образцов. Образцы отливали в песчаные формы.
2.
Химический состав:
Si
Mn
Fe
Mg
Cu
Ti
Плавка А
7,6%
0,3%
0,5%
0,39%
1,2%
0,14%
Плавка Б
7,6%
0,33%
0,5%
0,39%
1,4%
0,15%
Плавка В
7,7%
0,3%
0,4%
0,38%
1,3%
0,12%
3. Выдержку при термической обработке отсчитывали после достижения образцами заданных температур.
4. На каждый режим термической обработки использовали по три образца каждой плавки.
5. Результаты измерения размеров (длины) образцов являются среднеарифметическим результатом измерения 3-х образцов. Измерения длины образцов (200 мм) выполняли с точностью ±0,01 мм.
6. Охлаждение деталей и образцов со скоростью 40-110°С в час производили вместе с печью.
Результаты таблицы показывают, что предлагаемый режим обеспечивает уменьшение деформации образцов более чем в 2 раза после закалки и более чем в 1,5 раза после искусственного старения по сравнению со способами аналога и прототипа. Кроме того, после предлагаемого режима обеспечивается пластичность δ≥1,5 раза по сравнению с закалкой по способам аналога и прототипа.
Использование предлагаемого способа позволяет:
1. Существенно уменьшить деформацию после закалки особенно сложных по конфигурации деталей.
2. Обеспечить возможность рихтовки (правки) деталей после закалки без возникновения трещин.
3. Изготавливать отливки сложной конфигурации при упрочнении их закалкой и искусственным старением.
Источники информации
1. Патент на изобретение №2125618. Способ закалки отливок из сплава АК8М. Ru 2125618 C1, МПК C22F 1/04 (27.01.1999).
2. Межгосударственный стандарт.Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. ГОСТ 1583-93.