×
20.06.2013
216.012.4ca1

Результат интеллектуальной деятельности: ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении. Сплав содержит, мас.%: кремний 6,6-7,4, магний 0,31-0,45, медь 0,18-0,32, марганец 0,15-0,45, железо 0,15-0,4, алюминий - остальное, при этом сплав имеет температуру ликвидуса в пределах от 608 до 620°С; температуру равновесного солидуса не ниже 552°С и структуру после термообработки по режиму Т66, содержащую количество включений кремниевой фазы в пределах от 6,4 до 7,5 об.%; железо в структуре сплава полностью связано в скелетообразные включения фазы Al(Fe,Mn)Si, а магний полностью связан во вторичные выделения фазы AlCuMgSi. Техническим результатом является создание сплава, предназначенного для получения фасонных отливок ответственного назначения и обладающего высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр., 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении.

Отливки сложной формы обычно делают из силуминов. Отливки, предназначенные для наиболее ответственных деталей, как правило, используют после полной термической обработки типа Т6 (закалка и старение на максимальную прочность). Для достижения необходимого качества таких отливок от сплава требуется сочетание высокой технологичности (в частности горячеломкости и жидкотекучести) и достаточно хорошего уровня разных механических свойств (в частности, прочности, пластичности, вязкости разрушения и др.). Для реализации такого сочетания используют, как правило, так называемые безмедистые силумины (1 группа по ГОСТ 1583-93). При получении крупногабаритных отливок обычно используют методы литья в разовые формы (земляные, холодно твердеющие смеси и т.п.). Недостатком наиболее используемых силуминов (типа АК7ч и АК9ч) является их невысокая прочность. В частности, гарантируемое значение временного сопротивления на разрыв (σв) сплава АК7ч для литья в разовые формы составляет всего 225 МПа (ГОСТ 1583-93, термообработка Т6).

Наиболее прочным среди безмедистых силуминов является сплав АК8л (ГОСТ-1583-93), который содержит, мас.%:

Кремний 6,5-8,5
Магний 0,35-0,55
Бериллий 0,15-0,4
Алюминий и примеси остальное

Этот силумин имеет более высокую прочность по сравнению с АК7ч, в том числе для литья в разовые формы. Однако сплав АК8л имеет существенный недостаток, который заключается в том, что он содержит экологически вредную добавку бериллия.

Известен сплав, раскрытый в патенте US 6,773,666 (2004 г., Lin; Jen C. etc., Alcoa Inc). Данный сплав содержит кремний, магний и марганец при следующих концентрациях компонентов, мас.%:

Кремний 6-9
Магний 0,2-0,8
Марганец 0,1-1,2
Алюминий остальное

Из этого силумина можно получать отливки с хорошим сочетанием литейных и механических свойств за счет добавки марганца, который позволяет связать железо в скелетообразные включения и уменьшить его вредное влияние. В формуле патента особенно подчеркивается отсутствие бериллия и меди. Главный недостаток этого сплава заключается в жестком ограничении по предельно допустимой концентрации меди, что предъявляет высокие требования к чистоте шихтовых материалов и затрудняет использование вторичного сырья.

Наиболее близким сплавом к предложенному является сплав на основе алюминия, раскрытый в заявке на патент РФ 2010107316 (публ. 10.09.2011 г., бюл. 25, Н.А.Белов и др.). Данный сплав содержит кремний, магний, медь, марганец и железо в следующем количестве, мас.%:

Кремний 8,6-10,2
Медь 0,3-0,5
Магний 0,35-0,5
Марганец 0,1-0,45
Железо 0,2-0,5
Алюминий и примеси остальное

При этом должны выполняться следующие условия:

а) температура равновесного солидуса сплава должна быть не ниже 550°С; а температура ликвидуса не выше 605°С;

б) железо должно быть полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2,

в) магний должен быть полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6(Q).

Первым недостатком данного сплава является его повышенная склонность к образованию сосредоточенной пористости (это связано с чрезмерно узким интервалом кристаллизации), что затрудняет получение качественных крупногабаритных отливок. Второй недостаток связан с повышенной объемной долей включений кремниевой фазы, что затрудняет нанесение на поверхность отливок специальных покрытий.

Задачей изобретения является создание нового алюминиевого сплава (безбериллиевого высокопрочного силумина), предназначенного для получения крупногабаритных фасонных отливок и удовлетворяющего заданным требованиям по комплексу технологических и эксплуатационных характеристик.

В частном исполнении данный сплав должен обеспечивать следующие механические свойства на растяжение: временное сопротивление на разрыв (σв) не менее 305 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 235 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 3%.

Поставленная задача решена тем, что литейный сплав на основе алюминия содержит кремний, магний, медь, марганец и железо в следующем количестве, мас.%:

Кремний 6,6-7,4
Магний 0,31-0,45
Медь 0,18-0,32
Марганец 0,15-0,45
Железо 0,15-0,4
Алюминий Остальное

При этом должны выполняться следующие условия:

а) температура ликвидуса сплава должна находиться в пределах от 608 до 620°С;

б) температура равновесного солидуса сплава должна быть не ниже 552°С;

в) количество включения кремниевой фазы в термообработанном состоянии должно находиться в пределах от 6,4 до 7,5 об.%;

г) железо должно быть полностью связано в скелетообразные включения фазы Al15(Fe,Mn)3Si2;

д) магний в термообработанном состоянии должен быть полностью связан во вторичные выделения фазы Al5Cu2Mg8Si6 (Q).

Указанные параметры следует рассчитывать с использованием программы Thermo-Calc (база данных TTAL5 или выше).

В частном исполнении данный сплав позволяет получать крупногабаритные отливки сложной формы, полученные литьем в разовые формы, в которых обеспечиваются следующие механические свойства на растяжение (после термообработки по режиму Т6): временное сопротивление на разрыв (σв) не менее 305 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 235 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 3%.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Концентрация кремния в заявленных пределах обеспечивает необходимые значения температуры ликвидуса и объемной доли включений кремниевой фазы, что, в свою очередь, обеспечивает требуемое сочетание технологических и эксплуатационных характеристик.

Медь и магний в заявленных пределах находятся в алюминиевой матрице в виде вторичных выделений фазы Q (Al5Cu2Mg8Si6), что вносит основной вклад в прочность сплава. При выбранных концентрациях меди и магния достигается сочетание высокой температуры солидуса, высоких литейных свойства сплава.

Марганец и железо в заявленных пределах полностью входят в эвтектические включения фазы Al15(FeMn)3Si2, которые кристаллизуются преимущественно в составе тройной эвтектики (Al)+(Si)+Al15(FeMn)3Si2. Такой характер кристаллизации оказывает благоприятное влияние на литую структуру (а именно на морфологию кремниевой и железистой фаз), что способствует формированию глобулярных включений кремниевой фазы при нагреве под закалку.

ПРИМЕР 1

Были приготовлены 6 сплавов, составы которых указаны в таблице 1. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях в условиях учебно-производственного участка НИТУ «МИСиС» на основе отходов силуминов различных марок. Из экспериментальных сплавов были получены отдельно отлитые образцы. Отливки термообрабатывали по режиму Т6 (нагрев под закалку при 540±3°С, закалка в холодной воде и старение при 175±3°С). Температуры ликвидуса и равновесного солидуса определяли методом дифференциального термического анализа и уточняли расчетом по программе Thermo-Calc (база данных TTAL5). Объемные доли кремниевой фазы и вторичных выделений фаз, содержащихся в алюминиевой матрице (таблица 1), рассчитывали с помощью программы Thermo-Calc по методике, описанной в [Белов Н.А., Савченко С. В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов. - М.: МИСиС, 2007, 284 с.].

Таблица 1
Составы экспериментальных сплавов и характерные температуры
Концентрации, % по массе TL1, °C TS2, C
Si Mg Cu Mn Fe Al
1 5,5 0,6 0,1 0,05 0,7 ост. 624 558
2 6,6 0,45 0,32 0,15 0,15 ост. 616 558
3 7,0 0,37 0,25 0,30 0,28 ост. 614 562
4 7,4 0,31 0,18 0,45 0,4 ост. 612 564
5 8,5 0,1 0,6 0,7 0,05 ост. 603 565
6 9,5 0,4 0,4 0,3 0,3 ост. 596 558
1 - температура ликвидуса (расчет), 2 - температура равновесного солидуса (расчет)

Из таблиц 1-2 видно, что только заявляемый сплав (составы 2-4) обеспечивает требуемые значения заданных параметров. В сплаве 1 температура ликвидуса слишком высокая, а в сплавах 5 и 6, наоборот, слишком низкая. Кроме того, в сплаве 1 имеется нежелательная фаза Al5FeSi, а в сплавах 5 и 6 количество включений кремниевой фазы (Q1) слишком велико. Алюминиевая матрица сплава 1 содержит фазу Mg2Si, в которую связана часть магния.

Таблица 2
Параметры структуры экспериментальных сплавов1 в термообработанном состоянии
Q12, об.% Наличие Fe-содержащих фаз Наличие вторичных выделений в алюминиевой матрице
Al15(FeMn)3Si2 Al5FeSi Al5Cu2Mg8Si6 Mg2Si
1 4,62 + + + +
2 6,57 + - + -
3 6,99 + - + -
4 7,36 + - + -
5 8,61 + - + -
6 9,74 + - + -
1 - составы см. в таблице 1, 2 - объемная доля эвтектических включений кремниевой фазы (расчет)

ПРИМЕР 2

Из заявляемого сплава состава №3 (см. таблицу 1) в заводских условиях ОАО «УМПО» были залиты 10 шт. серийных отливок детали «Корпус редуктора» (Фигура 1), имеющей габаритные размеры 930×310×150 мм и преобладающую толщину стенки 4-5 мм, методом гравитационного литья в песчаную форму, изготовленную на основе фуранового связующего (ХТС) послойной печатью на установке S-15 (ProMetal) (Фигура 2).

Все отливки имели удовлетворительное качество: в них отсутствовали дефекты литейного происхождения, а механические свойства вырезанных образцов имели следующие значения: σв=315 МПа, σ0,2=250 МПа, δ=3,8%.


ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ
ЛИТЕЙНЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 141-150 из 265.
10.01.2015
№216.013.171c

Способ спекания радиопоглощающих магний-цинковых ферритов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности. Ферритообразующие оксиды магния, цинка и железа смешивают и синтезируют ферритовый порошок в печах в воздушной среде. Затем измельчают,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537344
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.171e

Способ электролитно-плазменной обработки поверхности металлов

Изобретение относится к электролитно-плазменной обработке поверхности металлов. Способ включает полировку детали из медьсодержащего сплава в электролите, используемой в качестве анода, и синхронное нанесение медного покрытия на стальную деталь, которую используют в качестве катода. На катод и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537346
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1763

Легирующий брикет для раскисления стали

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для раскисления и легирования жидкой стали. Брикет получен методом прессования алюминиевого лома, железной и никелевой стружки при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминиевый лом 0,5-2, никелевая стружка 2-7,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537415
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1c0a

Способ получения высокочистого оксида алюминия электролизом

Изобретение относится к способу получения высокочистого оксида алюминия электролизом, включающему анодное растворение алюминия высокой чистоты в водном растворе хлорида аммония, отделение гидроксильного осадка, его промывку дистиллированной водой и прокаливание. Способ характеризуется тем, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538606
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1cc1

Способ получения листов из бор-содержащего алюмоматричного композиционного материала

Изобретение относится к области металлургии, в частности к бор-содержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании, в частности, с высоким уровнем поглощения при нейтронном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538789
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1cc2

Способ прессования порошковых материалов в стальной пресс-форме

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к прессованию порошковых материалов в пресс-форме. Пресс-форма для прессования порошкового материала содержит нижний пуансон с лунками, шарики, большой и малый диски из пластичного материала одинакового состава, матрицу, верхний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538790
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1dde

Способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке газоносных угольных пластов в условиях проявления опасных геодинамических явлений. Предложен способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539074
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1e01

Многопереходный кремниевый монокристаллический преобразователь оптических и радиационных излучений

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию (э.д.с). Согласно изобретению предложен кремниевый монокристаллический многопереходный фотоэлектрический преобразователь оптических и радиационных излучений, содержащий диодные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539109
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.20bc

Спектральный эллипсометр с устройством магнитодинамических измерений

Изобретение относится к области in situ контроля производства в условиях сверхвысокого вакуума наноразмерных магнитных структур и может быть использовано в магнитной наноэлектронике для характеризации гетерогенных магнитных элементов в устройствах памяти, в сенсорных устройствах и т.п....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539828
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.20ea

Способ получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда

Изобретение относится к способу получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда, включающему анодное растворение сплава на основе алюминия высокой чистоты в водном растворе, содержащем катионы , Na или их смеси, отделение гидроксильного осадка, его промывку и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539874
Дата охранного документа: 27.01.2015
Показаны записи 141-150 из 294.
10.01.2015
№216.013.171c

Способ спекания радиопоглощающих магний-цинковых ферритов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности. Ферритообразующие оксиды магния, цинка и железа смешивают и синтезируют ферритовый порошок в печах в воздушной среде. Затем измельчают,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537344
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.171e

Способ электролитно-плазменной обработки поверхности металлов

Изобретение относится к электролитно-плазменной обработке поверхности металлов. Способ включает полировку детали из медьсодержащего сплава в электролите, используемой в качестве анода, и синхронное нанесение медного покрытия на стальную деталь, которую используют в качестве катода. На катод и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537346
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1763

Легирующий брикет для раскисления стали

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для раскисления и легирования жидкой стали. Брикет получен методом прессования алюминиевого лома, железной и никелевой стружки при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминиевый лом 0,5-2, никелевая стружка 2-7,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537415
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1c0a

Способ получения высокочистого оксида алюминия электролизом

Изобретение относится к способу получения высокочистого оксида алюминия электролизом, включающему анодное растворение алюминия высокой чистоты в водном растворе хлорида аммония, отделение гидроксильного осадка, его промывку дистиллированной водой и прокаливание. Способ характеризуется тем, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538606
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1cc1

Способ получения листов из бор-содержащего алюмоматричного композиционного материала

Изобретение относится к области металлургии, в частности к бор-содержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании, в частности, с высоким уровнем поглощения при нейтронном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538789
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1cc2

Способ прессования порошковых материалов в стальной пресс-форме

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к прессованию порошковых материалов в пресс-форме. Пресс-форма для прессования порошкового материала содержит нижний пуансон с лунками, шарики, большой и малый диски из пластичного материала одинакового состава, матрицу, верхний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538790
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1dde

Способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке газоносных угольных пластов в условиях проявления опасных геодинамических явлений. Предложен способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539074
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1e01

Многопереходный кремниевый монокристаллический преобразователь оптических и радиационных излучений

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию (э.д.с). Согласно изобретению предложен кремниевый монокристаллический многопереходный фотоэлектрический преобразователь оптических и радиационных излучений, содержащий диодные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539109
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.20bc

Спектральный эллипсометр с устройством магнитодинамических измерений

Изобретение относится к области in situ контроля производства в условиях сверхвысокого вакуума наноразмерных магнитных структур и может быть использовано в магнитной наноэлектронике для характеризации гетерогенных магнитных элементов в устройствах памяти, в сенсорных устройствах и т.п....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539828
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.20ea

Способ получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда

Изобретение относится к способу получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда, включающему анодное растворение сплава на основе алюминия высокой чистоты в водном растворе, содержащем катионы , Na или их смеси, отделение гидроксильного осадка, его промывку и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539874
Дата охранного документа: 27.01.2015
+ добавить свой РИД