Литье алюминиевых сплавов систем «Al-Zn-Mg-Cu» и «Al-Zn-Mg-Fe-Ni» в кокиль

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 669.2/002.68

ЛИТЬЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМ «AL-ZN-MG-CU» И «AL-ZN-MG-FE-NI» В КОКИЛЬ

А.И. Вальтер, М.В. Шамордин

Представлены результаты проведенных исследовании опытных отливок из алюминиевых ставов систем легирования «Al-Zn-Mg-Cu» и «Al-Zn-Mg-Fe-Ni», полученных литьем в кокиль и литьем в кокиль под давлением. Приведены результаты механических испытаний образцов опытных отливок. Рассмотрены оптимальные режимы термической обработки высокопрочных деформируемых алюминиевых сплавов.

Ключевые слова: литье в кокиль, литье в кокиль под давлением, алюминиевые сплавы, термическая обработка, механические испытания.

Развитие современной техники предъявляет все более высокие требования к материалам. Большинство литейных сплавов на основе алюминия часто не отвечают этим требованиям, в итоге приходится использовать более дорогие материалы, в связи с чем для фасонного литья необходим поиск состава алюминиевых сплавов с более высокими эксплуатационными свойствами и прогрессивными способами литья [1].

Возрастающая популярность процесса литья в кокиль обусловлена его достоинствами и рядом явно выраженных преимуществ перед традиционными способами литья. Главные из них относятся к качеству отливок и эффективности процесса литья. Повышение эффективности литейного производства связано с такими достоинствами литья в кокиль, как рост производительности труда и снижение себестоимости отливок, многократность использования литейных форм, улучшение качества отливок благодаря ускоренному охлаждению металла и повышению точности размеров заготовок.

Литье в кокиль - это литье металла, осуществляемое свободной заливкой кокилей. Кокиль представляет собой металлическую форму с естественным или принудительным охлаждением, заполняемую расплавленным металлом под действием гравитационных сил [2].

158

При разработке свариваемых алюминиевых сплавов представляет теоретический и практический интерес система «Л1-7п-М£». Некоторые сплавы этой системы, несмотря на высокую прочность после термообработки (больше, чем у дюралюминия) не находили применения в промышленности до последнего времени [3], поскольку высоколегированные сплавы A1-Zn-Mg чрезвычайно склонны к коррозии под напряжением, а низколегированные не имели существенных преимуществ по прочности по сравнению с высоколегированными не упрочняемыми термической обработкой сплавами типа магналий.Характерный для сплавов A1-Zn-Mg вид разрушения - коррозионное растрескивание под напряжением - не уменьшил интерес к этой системе [4, 5]. Поиск оптимального химического состава сплавов A1-Zn-Mg продолжается.

В ТулГУ на кафедре СЛиТКМ были проведены исследования некоторых сплавов из систем «A1-Zn-Mg-Cu» и «A1-Zn-Mg-Fe-Ni». Способ получение образцов - литье в кокиль и литье в кокиль под давлением. Химические составы исследованных сплавов определялись на искровом анализаторе химического состава ООО «ТПЗ-ВТОРМА». Химические составы сплавов приведены в табл. 1, 2, 3.

Таблица 1

Химический состав сплава №1

Элемент Zn Mg Си № Fe Si И Ве Mn Сг В

Содержание, % масс. 6 8 2 2,5 1,5 2 До 0,3 До 0,4 До 0,2 0,01 0,006 0,01 0,05 0,2 0,3 До 0,1 До 0,05

Таблица 2 Химический состав сплава №2

Элемент Zn Mg Си № Fe Si и Sc Mn Сг

Содержание, % масс. 4 4,5 1,5 2 2 2,5 До 0,5 0,2 0,5 0,1 0,2 До 0,2 До 0,1 0,1 0,2 До 0,2

Таблица 3

Химический состав сплава №3

Элемент Zn Mg Си № Fe Si и Be Mn Сг

Содержание, % 5 3,5 0,1 1,5 1 До До 0,01 0,1 0,1

масс. 6 4 0,5 2 1,4 0,1 0,1 0,05 0,7 0,2

Термическая обработка образцов из данных сплавов проводилась при следующих параметрах: выдержка под закалку при 470±2 оС в течении 1 часа; закалка в воде с последующим искусственным старением 125±5 оС в течение 16 ч.

Механические испытания образцов были проведены на испытательной машине МУП-50. Механические свойства при испытании на одноосное растяжение оценивали по значениям временного сопротивления и относительного удлинения. Цилиндрические образцы обладали следующими размерами: диаметр рабочей части 13 мм, рабочая длина 70 мм соответственно (ГОСТ 1497 - 84). Полученные механические свойства образцов из сплавов №1, 2 и 3 приведены в табл. 4, 5, 6.

Таблица 4

Механические свойства образцов из сплава №1

Номеробразца оВ, МПа 5, %

Литье в кокиль

1.1 255±38 0,9±0,5

1.2 239±35 1,2±0,5

1.3 263±40 1,1±0,5

Таблица 5

Механические свойства образцов из сплава №2

Номеробразца 0В , МПа Относительное удлинение 5, % Примечание

Литье в кокиль

2.1 249±30 0,3±0,1 -

2.2 296 1,2±0,2 Расплав обработан наномодификатором

2.3 343±46 1,9±0,1 -

ЛКД при наложении давления 4,0 МПа

2.4 301±12 1.8±0,2 Расплав обработан наномодификатором

2.5 206±25 1,2±0,1 -

Требуемый режим термической обработки сплава №3 в литературе не приведен. Поэтому при проведении термообработки образцов из сплава №3, отлитых в кокиль, были использованы значения температуры выдержки под закалку (выдержка проводилась в течение 1 ч) и температура старения, использованная при термообработке сплавов №1 и 2 системы Mg-Cu».

Исследования микроструктуры проводились на модернизированном металлографическом микроскопе МИМ-8 м.

Таблица 6

Механические свойства образцов из сплава №3

Номер образца s В > МПа Относительное удлинение ô, % Примечание

Литье в кокиль

3.1 302±10 0,6±0,1 Старение в течение 10 ч

3.2 364±12 0,45±0,1 Обработка расплава наномодификатором. Старение в течение 10 ч

3.3 311±12 0,8±0,1 Старение в течение 10 ч

3.4 302±17 0,5±0,1 Обработка расплава наномодификатором. Старение в течение 10 ч

3.5 285±10 0,72±0,1 Старение в течение 3 ч

Образцы из сплавов №1 и 2 (литье в кокиль) после термической обработки не имеют следов избыточных интерметаллических фаз кристаллизационного происхождения (рис. 1).

а б

Рис. 1. Термообработанные сплавы: а - № 1; б - № 2

Образцы из сплава №2 (литье под давлением) после проведенной термической обработки имеют следы избыточных интерметаллических фаз кристаллизационного происхождения (рис. 2), что свидетельствует о целесообразности увеличения времени выдержки под закалку.

161

Образцы из сплава №3, отлитые в кокиль, при обработке расплава наномодификатором (рис. 3, а) имеют более ярко выраженную микропористость по сравнению с аналогичными образцами, расплав которых на-номодификатором не обрабатывался (рис. 3, б).

Рис. 2. Термообработанный сплав №2

а б

Рис. 3. Термообработанный сплав №3: а - расплав обработан наномодификатором; б - расплав не обработан наномодификатором

Кроме того, обработка расплава модификатором обусловила появление горячих микротрещин в отлитых в кокиль образцах (рис. 4).

Низкая пластичность образцов из сплавов системы «А1-7п-М£-Ре-N1», отлитых в кокиль, обусловлена наличием горячих микротрещин в отливках. Повышение пластичности до уровня 5>10 % возможно при введении в состав сплава дополнительных легирующих элементов, повышающих трещиностойкость.

Рис. 4. Термообработанный сплав №3, литье в кокиль

Проведение термической обработки отливок, полученных литьем в кокиль под давлением, из сплава системы Al-Zn-Mg-Fe-Ni по приблизительно назначенным режимам к упрочнению не привело, что свидетельствует о необходимости проведения дополнительной экспериментальной работы по разработке оптимальных режимов термической обработки отливок, полученных литьем в кокиль под давлением.

Список литературы

1. Белов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов. М.: МИСиС, 2010. 511 с.

2. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 640 с.

3. Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. М.: МИСиС, 2005. 376 с.

4. Фридляндер И.Н. Высокопрочные деформированные алюминиевые сплавы. М.: Гос. науч.-техн. изд-во «ОБОРОНГИЗ», 1960. 292 с.

5. Алюминий: свойства и физическое металловедение: справ. изд. / пер. с англ.; под ред. Дж. Е. Хетча. М.: Металлургия, 1989. 422 с.

Вальтер Александр Игоревич, д-р техн. наук, проф., valter.alekarambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Шамордин Максим Валерьевич, асп., alen4ik11 @mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ALLUMINIUMDIE CASTINGOF ALLOYAGE SYSTEMS «AL-ZN-MG-CU» AND «AL-ZN-MG-FE-NI»

A.I. Valter, M. V. Shamordin 163

There're presented the research results of experimental aluminum castings of al-loyage systems Al-Zn-Mg-Cu and Al-Zn-Mg-Fe-Ni, which were produced by die casting and die casting under pressure. There're presented the mechanical tests results of experimental castings samples. There're examined the optimal conditions of heat treating of high-strength wrought aluminum alloys.

Key words: die casting, die casting under pressure, aluminum alloys, heat teating, mechanical tests.

Valter Alexandr Igorevich, doctor of technical sciences, professor, val-ter. alekarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Shamordin Maxim Valeryevich, postgraduate, alen4iklla mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.785:621.771.23-022.532

ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРИВАЕМОСТИ ВЫСОКОПРОЧНОЙ СТАЛИ ТВЕРДОСТЬЮ 500 HBW

М.В. Чукин, П.П. Полецков, Д.Ю. Алексеев, Г. А. Бережная, М.С. Гущина

Исследована свариваемость и определена величина зоны термического влияния высокопрочной стали системы легирования «Cr-Ni-Mo-V» с твердостью 500 HBW. Установлено, что наименьшую протяженность зоны термического влияния обеспечивает MIG-сварка (30,5мм), наибольшую - TIG-сварка (70,0мм).

Ключевые слова: высокопрочная сталь, сварка, зона термического влияния, свариваемость, горячие трещины.

Применение высокопрочных сталей при изготовлении сварных конструкций позволяет достичь значительной экономии металла благодаря снижению металлоемкости конструкции, а также повышению их долговечности [1 - 3]. Однако сварка высокопрочных сталей связана с усложнением процесса по сравнению со сваркой обычных углеродистых сталей.

Основной трудностью, которая возникает при сварке высокопрочных сталей, является их высокая склонность к образованию дефектов в виде холодных и горячих трещин в металле шва или околошовной зоне - зоне термического влияния.

Зона термического влияния сварного шва - это участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке [4 - 5].