Результат интеллектуальной деятельности: Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к композиционным материалам на основе алюминиевого сплава, к которым предъявляются промышленные требования по повышенной прочности, жаропрочности, а также стойкости против абразивного износа и образования различных трещин.

Известен состав алюминиевого сплава на основе системы алюминий-кремний-магний (сплав АК9) (ГОСТ 1583-93 Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия). Известный сплав используется для отливки сложных по конфигурации деталей, для отливки крупногабаритных деталей, которые способны выдержать большую нагрузку. Данный сплав не теряет своих свойств при нагревании до 200 °C. Однако механические свойства известного состава не стабильны во времени, детали, полученные на его основе не обладают стойкостью против абразивного износа и образования трещин.

Известен композиционный материал, содержащий от 2,5 до 10 вес. % оксида алюминия, при этом структура композиционного материала представлена матрицей на основе твердого раствора и равномерно размещенными в ней равноосными дисперсными частицами оксида алюминия, размером менее 2000 А (200 нм) и характеризуется пределом прочности более чем 45,000 фунтов на квадратный дюйм (315 МПа) (патент US 3816080, опубл. 23.02.1973).

Однако данный сплав является дорогостоящим из-за стоимости исходных материалов, содержащих частицы размером менее 200 нм, при сравнительно низком пределе прочности 315 МПа.

Известен патент на изобретение «Способ получения легированного порошка на основе алюминия» (RU 2113941, опубл. 09.07.1997). В патенте раскрыт способ получения композиционного материала. Согласно известному способу получают легированный порошок на основе алюминия с содержанием карбида кремния до 30 %. Из легированного порошка получают материал, характеризующийся микротвердостью металлической матрицы в интервале 2300-3000 Мпа, увеличенным средним размером частиц и обладающим улучшенной свариваемостью.

Однако данный сплав является дорогостоящим из-за входящего в состав карбид кремния.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является изобретение «Способ получения композиционного материала из алюминиевого сплава (его вариант) и композиционный материал» (патент RU 2202643, опубл. 26.09.2001). Состав известного композиционного материала на основе алюминиевого сплава содержит различную объемную долю оксида алюминия от 10 до 25 об.% и алюминиевый сплав. В качестве алюминиевого сплава используют сплав АК12М2МгН (Аl-12%Si-1,2%Mg-2%Cu-1%Ni-1%Fe-0,5%Mn). Известный состав характеризуется длительной твердостью НВ1350 не менее 160 МПа, температурным коэффициентом линейного расширения в интервале температур 20-400 °С не более 20•10-6К-1.

Однако в данном составе используется в качестве матрицы АК12М2МгН, с повышенным содержанием легирующих элементов, что увеличивает стоимость сплава.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание эффективного композиционного материала на основе алюминиевого сплава, имеющего меньшую стоимость по сравнению с аналогами, при сохранении комплекса механических и служебных свойств.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении детали из заявленного состава с высокой конструктивной прочностью по всему сечению изделия.

Указанный технический результат достигается тем, что композиционный материал на основе алюминиевого сплава содержит оксид алюминия, а также железо, кремний, марганец, никель, медь, магний, при следующем содержании компонентов, мас. %:

Алюминий 75-85

Оксид алюминия 10-15

Железо до 1

Кремний 5-8

Марганец 0,2-0,5

Никель до 1

Медь до 1

Магний 0,2-0,4

Цинк до 0,5

Вышеуказанные и иные аспекты и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем подробном его описании.

Кремний в составе композиционного материала на основе алюминия повышает его жидкотекучесть и снижает линейную усадку, в результате чего у сплавов на основе алюминия, содержащих кремний, хорошие литейные свойства. Было обнаружено, что содержание кремния в пределах от 5 до 8 мас. % делает предлагаемый состав сплава пригодным для изготовления различных деталей.

Состав легирующих добавок, таких как магний и медь, уменьшен по сравнению с аналогом, однако это не сказывается на ухудшении механических и служебных свойств предлагаемой композиции.

Соотношение компонентов в предлагаемой композиции подобрано экспериментальным путем и является оптимальным, что позволяет получить технический результат соответствующий поставленной задаче.

Введение в предлагаемый состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава одновременно всех компонентов в предложенных количествах позволяет получить композиционный материал, обладающий меньшую стоимость по сравнению с аналогами, при сохранении комплекса механических и служебных свойств.

Заявляемый литой композиционный материал готовят следующим образом.

Расплав алюминия продувают кислород-азотной смесью содержащей не менее 30% кислорода. При этом за счет взаимодействия алюминия с кислородом образуется оксид алюминия. При достижении заданного содержания оксида алюминия производится внесение других легирующих элементов.

Осуществление изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Расплав алюминия продували газовой смесью содержащей кислород 80% азот 20%. При достижении 10% содержания оксида алюминия производили внесение других легирующих элеиентов. Получали литой композиционный материал следующего состава: алюминий 78,7%, оксид алюминия 10%, железо 1%, кремний 8%, марганец 0,5%, никель 0,5%, медь 0,5%, магний 0,4%, цинк 0,4%. Разливку осуществляли в кокиль. В результате предел прочности превысил 280 МПа.

Пример 2.

Расплав алюминия продували газовой смесью содержащей кислород 70% азот 30%. При достижении 15% содержания оксида алюминия производили внесение других легирующих элементов. Получали литой композиционный материал следующего состава: алюминий 75,8%, оксид алюминия 15%, железо 0,5%, кремний 6%, марганец 0,5%, никеля 0,5%, меди 1%, магний 0,2%, цинк 0,5%. Разливку осуществляли в кокиль. В результате предел прочности превысил 260 МПа.

Предлагаемый состав литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава является эффективным, обладающим высокими механическими и служебными свойствами в сочетании с низкой стоимостью.