Алюминиевый сплав

(51)22 21/14, 21/16 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(72) Авторы Андрушевич Андрей Александрович Чурик Михаил Николаевич Казаневская Ирина Николаевна(73) Патентообладатель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(57) Алюминиевый сплав, преимущественно для изготовления электроэрозионностойких изделий, содержащий кремний, медь, магний, марганец, железо и алюминий, отличающийся тем, что дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.кремний 0,2-0,4 медь 1,2-2,2 магний 0,1-0,2 марганец 0,1-0,2 железо 0,2-0,5 титан 0,05-0,20 алюминий остальное. Изобретение относится к области литейного производства, в частности к коррозионностойким алюминиевым сплавам для отливок, работающих в условиях электроэрозионного и механического изнашивания, имеющих относительно высокие механические свойства, например, вставки токосъемников электротранспорта. В настоящее время для повышения электроэрозионной стойкости сплавов на основе алюминия при производстве литых вставок используются алюминиевые сплавы с пониженным содержанием примесей (железа 0,5 кремния 0,5 ). Это, в свою очередь,приводит к удорожанию литья (Миляев А.Ф., Лолитко Г.П., Костюченко А.С. Литье в кокиль алюминиевых вставок токосъемника // Литейное производство. - 2000. -3. - С. 41-42). Известен алюминиевый сплав ( 899350, С 22 С 21/00, 2000) следующего химического состава, мас.кремний 0,05-0,25 медь 0,35 магний 0,005-0,08 7766 1 2006.02.28 марганец 0,1 железо 0,1-0,4 титан 0,12-0,22 алюминий остальное. Однако литейные свойства этого сплава невысоки. Кроме того, использование таких элементов, как медь, марганец, магний, в этих количествах является нецелесообразным из-за незначительного эффекта их влияния на механический износ. Известен также коррозионностойкий алюминиевый сплав (Патент Японии 3077974,МПК С 22 С 21/02, 2001) следующего химического состава, мас.кремний 0,2-1,8 медь 1,0 магний 0,2-1,6 марганец 0,05-0,5 хром 0,01-0,2 титан 0,01-0,1 цирконий 0,01-0,2 алюминий остальное. Вместе с тем использование дорогостоящих хрома и циркония удорожает стоимость изделия. Наиболее близко к описываемому изобретению по техническим оценкам и достигаемому результату относится алюминиевый сплав системы с повышенным содержанием магния до 0,5(дуралюмин), обладающий высокой пластичностью. Типичный представитель дуралюминов - низколегированный сплав марки Д 18 (ГОСТ 4784-97),содержащий, мас.кремний 0,8 медь 2,2-3,0 магний 0,2-0,5 марганец 0,2 железо 0,7 хром 0,1 цинк 0,25 алюминий остальное. Дуралюмины обладают повышенной склонностью к газонасыщению, в особенности водородом. Это препятствует получению плотной отливки. Повышенное содержание железа и кремния не обеспечивает ударную вязкость. Литейные свойства (жидкотекучесть) низкие, значителен электроэрозионный износ из-за малой плотности в литом состоянии. Самыми существенными недостатками указанных алюминиевых сплавов являются низкие литейные свойства, высокая склонность к образованию горячих трещин. Задачей данного изобретения является повышение механической прочности, литейных свойств и сохранение электроэрозионной стойкости получаемых литьем алюминиевых вставок в условиях эксплуатации токосъемников электротранспорта (трамваев) при снижении стоимости их изготовления вследствие отсутствия дорогостоящего оборудования и оснастки. Поставленная задача достигается тем, что алюминиевый сплав, содержащий кремний,медь, марганец, магний, железо и алюминий, включает в себя титан при следующем соотношении компонентов, мас.кремний 0,2-0,4 медь 1,2-2,2 магний 0,1-0,2 марганец 0,1-0,2 железо 0,2-0,5 2 7766 1 2006.02.28 титан 0,05-0,2 алюминий остальное. В предлагаемом алюминиевом сплаве по сравнению с прототипом при сохранении электроэрозионной стойкости существенно возрастает механическая прочность и износостойкость за счет дополнительного введения в расплав титана при сокращении количества магния. Содержание магния в сплаве в пределах 0,1-0,2 позволяет сохранить химическую (коррозионную) стойкость и увеличить физико-механические свойства. Комплексное легирование алюминиевого сплава кремнием, медью, марганцем, магнием и титаном упрочняет металлическую основу, изменяет структуру, повышает микротвердость -твердого раствора алюминия и вязкость разрушения. Кремний как легирующий элемент повышает прочность и износостойкость за счет микролегирования металлической основы и образования упрочняющих фаз типа 2. Легирование медью в количествах 1,2-2,2 оказывает положительное влияние на дисперсность матрицы сплава, измельчая дендриты и повышая дисперсность -твердого раствора алюминия. Добавка меди также увеличивает твердость и улучшает коррозионную стойкость алюминиевых отливок. Предел содержания меди в алюминиевых сплавах не превышает 2,2 . В таких количествах медь не оказывает существенного влияния на ударную вязкость, но на 30-40 увеличивает прочность и повышает коррозионную стойкость и износостойкость сплавов. Марганец, образуя дисперсные включения марганцевой фазы в присутствии меди, несколько повышает прочностные свойства сплава, нейтрализует вредное влияние железа и повышает его коррозионную стойкость. Магний совместно с медью образует упрочняющие фазы, определяющие основные прочностные свойства сплава. В количестве 0,1-0,2 магний позволяет сохранить коррозионную стойкость. Железо в количестве 0,2-0,5 в сочетании с кремнием повышает литейные свойства алюминиевого сплава, не ухудшая существенно при этом механические свойства - прочность и пластичность. Титан введен как эффективный микролегирующий и модифицирующий элемент. Добавки 0,05-0,2 титана позволяют улучшить физико-механические свойства сплава за счет получения дисперсной структуры -твердого раствора алюминия и измельчения фазовых составляющих структуры. Введение в расплав титана позволяет резко снизить содержание растворимых в сплаве газов (кислород, азот, водород), которые способствуют его переохлаждению при кристаллизации. Титан связывает их в стойкие ассоциации - оксиды, нитриды и карбиды, равномерно распределенные по металлической матрице. Алюминиевый сплав требуемого состава получали в индукционной печи ИСТ-016 с графитовым тиглем. Плавку вели в течение 0,5-0,7 часа при температуре 750-780 . В расплав вторичного алюминиевого сплава с содержанием, ( )0,6-0,80,7-0,82,2-3,0- 0,20,2-0,5- остальное, вводили алюминий марки А 7, при необходимости подшихтовывали магнием, марганцем, медью, а затем добавляли титан марки 1. Осуществляли выдержку 0,15-0,2 часа, обрабатывали флюсом состава, мас.50- 25 криолит -25. Далее охлаждали с печью до 710-720 и разливали в кокили для получения образцов на механические испытания технологических проб и литых заготовок вставок. Определяли механические свойства - прочность (в), относительное удлинение , на отдельно отлитых образцах по ГОСТ 2685-93, твердость по Бриннелю(ГОСТ 901293). Оценивали жидкотекучесть и усадку сплавов, газосодержание технологических проб в сравнении с эталоном шкалы пористости (ГОСТ 1583-93). Значения свойств сплавов в литом состоянии приведены в таблице. 3 7766 1 2006.02.28 Механические, литейные свойства и пористость алюминиевых сплавов Механические Литейные Химический состав,свойства свойства,МПа честь, ка,см Известный сплав 1. 0,8 2,2 0,2 0,2 0,7 ост. 96,5 5,0 38,5 150 1,4 2-3 2. 0,8 3,0 0,2 0,5 0,7 ост. 98,0 5,2 40,0 152 1,3 3 Предлагаемый сплав 3. 0,2 1,2 0,1 0,1 0,2 0,1 ост. 100,4 4,6 47,9 180 1,0 1-2 4. 0,3 1,8 0,1 0,2 0,4 0,05 ост. 102,0 4,8 46,5 172 0,9 2 5. 0,4 2,2 0,2 0,2 0,5 0,2 ост. 106,0 4,8 45,9 168 1,0 1-2 Пример 1. Получали сплав с содержанием ( )- 0,2-1,2- 0,10,10,2-- 0,1- остальное в индукционной печи при 750-760 по приведенной выше технологии. Приготовленный сплав разливали при 710-720 в предварительно нагретые до 250300 С кокиля, окрашенные меловой краской. Значения механических, литейных свойств и пористость сплава предлагаемого состава приведены в таблице. Пример 2. Получали сплав с содержанием ( )- 0,3-1,8 -0,10,20,4-- 0,05- остальное в индукционной печи при 750-780 С. Приготовленный сплав разливали при 710-720 в предварительно нагретые до 250-300 С кокиля, окрашенные меловой краской. Значения механических, литейных свойств и пористость сплава предлагаемого состава приведены в таблице. Пример 3. Получали сплав с содержанием ( )- 0,42,2- 0,20,20,5-- 0,2- остальное в индукционной печи при 750-780 . Приготовленный сплав разливали при 710-720 в предварительно нагретые до 250-300 кокиля, окрашенные меловой краской. Значения механических, литейных свойств и пористость сплава предлагаемого состава приведены в таблице. Предлагаемый алюминиевый сплав имеет лучшие литейные свойства в 1,2-1,4 раза при сохранении величин механических свойств. Износостойкость литых заготовок вставок находится на уровне деформируемых вставок из известного сплава при снижении стоимости на 20-30 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.