СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ФАСОННЫХ ОТЛИВОК ИЗ ЛИТЕЙНЫХ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF THERMAL TREATMENT OF SHAPED CASTINGS OUT OF CAST HIGH SILICON ALUMINIUM ALLOYS

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении фасонных отливок из высококремнистых алюминиевых сплавов на машиностроительных и металлургических предприятиях.
пл
Известен способ термической обработки высококремнистого сплава марки АК12 (ГОСТ 1583) - отжиг при температуре нагрева 300±10°С, время выдержки при этом равно 2-4 ч. Однако из-за высокой температуры отжига, которая составляет 0,67·Т сплава, прочностные свойства понижены.
пл
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ термической обработки высококремнистых сплавов, содержащих ~12% Si, предложенный в работе: Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение, термообработка и рентгенография. - М.: МИСиС, 1994, с.330, включающий нагрев и выдержку при заданной температуре. Нагрев рекомендуется проводить как стабилизационное старение при температуре 200°С, что составляет 0,57·Т с выдержкой 6-12 ч без предварительной закалки.
Однако при использовании прототипа не достигается повышения механических характеристик.
Основная задача изобретения заключается в повышении механических характеристик высококремнистых алюминиевых сплавов.
Другой задачей является повышение стабильности свойств фасонных отливок высококремнистых алюминиевых сплавов.
пл
Достигается это тем, что в способе термической обработки фасонных отливок из литейных высококремнистых алюминиевых сплавов, включающем нагрев и выдержку при заданной температуре, нагрев проводят до более низких температур (0,51-0,54)·Т, а интервал времени выдержки расширен и составляет 5-14 ч с получением в структуре сплава дисперсных интерметаллидных фаз размером 0,2-0,8 мкм.
пл
Повышение механических свойств фасонных отливок при отжиге в интервале температур (0,51-0,54)·Т с выдержкой 5-14 ч связано с выделением высокодисперсных вторичных интерметаллидных фаз размером 0,2-0,8 мкм из пересыщенного α-твердого раствора, образовавшегося при кристаллизации отливок. Кроме того, отжиг с указанными параметрами приводит к снижению остаточных напряжений. Это также позволяет получить повышенные механические свойства отливок и увеличить их стабильность, что подтверждается величиной коэффициента вариации.
пл
По отношению к прототипу у предлагаемого способа имеются следующие отличительные признаки: нагрев проводят в интервале температур (0,51-0,54)·Т с выдержкой 5-14 ч с получением в структуре сплава дисперсных интерметаллидных фаз размером 0,2-0,8 мкм.
пл
пл
При нагреве до температуры 0,51·Т сплава требуются более длительные выдержки - 14 ч для снятия остаточных напряжений и распада пересыщенного α-твердого раствора. Нагрев до более высоких температур 0,54·Т обеспечивает завершение указанных процессов при меньших выдержках - 5 ч. Такие параметры термической обработки фасонных отливок позволяют получить высокие механические свойства, снизить литейные напряжения изделий, повысить стабильность свойств.
Пример конкретного выполнения заявляемого способа подтверждается экспериментальными данными, представленными в таблице. Приведены параметры нагрева (отжига), а именно: температура указана в долях от температуры плавления сплава по равновесному солидусу (шкала Кельвина), время в часах, а также даны механические характеристики отливок и коэффициенты вариации - υ по каждому свойству. Величина коэффициента вариации позволяет судить о стабильности механических характеристик отливок.
Отжиги проводились на фасонных отливках из высококремнистого литейного алюминиевого сплава марки АК12 (ГОСТ 1583). По каждому режиму отжига выполнялась термическая обработка трех образцов из пяти разных партий. Размер частиц вторичных фаз определялся на электронном растровом микроскопе Evo 50 при увеличении 1000 крат. На каждом образце проводилось 20 замеров, на один режим обработки было взято по три образца.
пл
Заявляемый способ термической обработки фасонных отливок из высококремнистых алюминиевых сплавов может быть реализован на металлургических и машиностроительных заводах, имеющих стандартное оборудование для термической обработки. Повышение механических свойств фасонных отливок при отжиге в интервале температур (0,51-0,54)·Т с выдержкой 5-14 ч связано с выделением высокодисперсных вторичных интерметаллидных фаз размером 0,2-0,8 мкм из пересыщенного α-твердого раствора, образовавшегося при кристаллизации отливок. Кроме того, отжиг с указанными параметрами приводит к снижению остаточных напряжений. Это также позволяет получить повышенные механические свойства отливок и увеличить их стабильность, что подтверждается величиной коэффициента вариации (см. таблицу).
пл
пл
пл
Нагрев до более высоких температур (0,57-0,62)·Т сплава обеспечивает выделение крупных скоагулированных частиц вторичных фаз, которые в меньшей мере препятствуют перемещению дислокации, чем высокодисперсные фазы. Так размер стабильных фаз при нагреве до 0,57 ·Т равен 80 мкм, а при 0,62·Т - 150 мкм. Это приводит к снижению прочности, особенно условного предела текучести, однако пластические свойства при этом увеличиваются (примеры 1 и 6). При этом стабильность пластических свойств снижается, что подтверждает увеличение коэффициентов вариации относительного удлинения и относительного сужения.
пл
Отжиг при температурах ниже, чем оговаривается в предлагаемом способе 0,45·Т, практически не изменяет свойств литых отливок, так как нагрев до указанной температуры не обеспечивает распада пересыщенного α-твердого раствора, в результате выделения частиц избыточных фаз в структуре отсутствуют, хотя такой отжиг несколько снижает остаточные напряжения фасонных отливок (пример 5).
Технический результат опытной проверки, заявляемого способа термической обработки фасонных отливок высококремнистых сплавов заключается в повышении прочности отливок при сохранении их пластичности на уровне 8-12%, а также в стабильности механических характеристик отливок.
Таблица
Параметры отжига, механические свойства, коэффициенты вариации и размер вторичных фаз фасонных отливок из высококремнистого алюминиевого сплава марки АК12
Пример
Состояние
Параметры
Механические свойства** и коэффициенты вариации
Размер фаз, мкм
температура<sup>*</sup>
время, ч
σ<sub>в</sub>, МПа
υ, %
σ<sub>0,2</sub>, МПа
υ, %
δ, %
υ, %
Ψ, %
υ, %
HB, кг/мм<sup>2</sup>
υ, %
1
Известный
0,57
9
154
12,6
81,6
14,2
13,0
10,3
16,1
11,6
44,5
9,8
80
2
Предлагаемый
0,51
14
187
10,6
115,3
10,6
12,1
8,1
13,8
9,2
57,7
7,6
0,2
3
0,52
9
193
8,3
116,3
9,4
10,3
7,5
12,1
7,4
58,2
5,8
0,6
4
0,54
5
197
6,5
119,4
7,9
8,5
5,4
14,5
6,9
59,3
4,8
0,8
5
За предлагаемыми
0,45
3
170
14,5
90,2
16,1
7,0
13,2
10,8
14,8
46,8
13,6
Не выявлен
6
пределами
0,62
20
152
11,4
74,9
11,7
14,4
9,6
15,9
8,9
42,7
9,1
150
Приведены доли от температуры плавления сплава по равновесному солидусу (шкала Кельвина)
**Приведены средние значения, в каждом режиме взято по три образца из пяти партий