Ливарний сплав на основі алюмінію

Изобретение относится к области металлургии литейных сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в качестве конструкционного материала, в частности, для корпусных деталей гидропередач. Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас. % : кремний медь магний марганец титан алюминий 5,5 - 6,5 2,5 - 3,0 0,15 - 0,3 0,3 - 0,5 0,2 - 0,3 остальное (см. Авторское свидетельство СССР №523953, кл. С22С 21 / 02, 1975г.) Однако известный сплав имеет недостаточную прочность и низкую обрабатываемость резанием. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является литейный сплав на основе алюминия, содержащий, мас. % : кремний медь магний марганец титан молибден кальций алюминий 6,0 - 8,0 2,5 - 3,5 0,3 - 0,5 0,3 - 0,5 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2 0,05 - 0,1 остальное (см. Авторское свидетельство СССР №1636467, кл. С22С 21 / 21 / 16 1988г.) Однако этот сплав имеет большую себестоимость, обусловленную введением дорогостоящего молибдена, а также тем, что для получения алюминиево-молибденовой лигатуры требуются большие затраты электроэнергии (температура плавления превышает 1500°С) и дорогостоящее оборудование, т.к. для получения алюминово-молибденовой лигатуры необходима вакуумная печь или печь с инертным газом (защитная атмосфера). В основу изобретения поставлена задача усовершенствования литейного сплава на основе алюминия, в котором путем замены дорогостоящего молибдена на дешевый цинк, имеющий меньшую температуру плавления, обеспечивается уменьшение затрат электроэнергии и применение дешевого оборудования для получения алюминиво-цинковой лигатуры, и за счет этого снижается себестоимость сплава. Поставленная задача решается тем, что в литейном сплаве на основе алюминия, содержащем кремний, медь, магний, марганец, титан и кальций, согласно изобретению, он дополнительно содержит цинк при следующем соотношении компонентов, мас. % : кремний медь магний марганец титан кальций цинк алюминий 6,0 - 8,0 2,5 - 3,5 0,3 - 0,5 0,3 - 0,5 0,1 - 0,2 0,08 - 0,12 0,6 - 1,0 остальное Благодаря введению в сплав на основе алюминия вместо дорогостоящего молибдена, дешевого цинка, имеющего меньшую температуру плавления, обеспечивается уменьшение затрат электроэнергии и применение дешевого оборудования для получения алюминиво-цинковой лигатурры. Применение кальция в указанных количествах измельчает структур у при кристаллизации, препятствует выгоранию легкоплавких элементов. При легировании сплава цинком (в диапазоне выбранного соотношения компонентов) образуется фаза Аl – Си -Zn, имеющая объемно-центрированную кубическую решетку, что приводит к дисперсному упрочнению сплава. Метастабильность фаз в пресыщенном растворе после закалки сплава (на базе сплава Аl – СИ –Мg - Мп) позволяет при старении значительно упрочить сплав. В совокупности действия кальция и цинка таково, что кальций при образовании интерметаллидов создает на его поверхности окисную пленку, а цинк способствует сфереодизации интерметаллидов, т.к. влияет на поверхность натяжения при кристаллизации. В результате интерметаллидные включения приобретают округлую форму с равномерным расположением в твердом растворе, что обеспечивает высокие механические свойства сплава и его высокую обрабатываемость (практически такие же, как и у прототипа). Однако, при этом значительно уменьшена себестоимость сплава на основе алюминия за счет введения вместо дорогостоящего молибдена дешевого цинка, а также тем, что для получения алюминиво-цинковой лигатуры требуются меньшие затраты электроэнергии (температура плавления алюминиво-цинковой лигатуры не превышает 800°С) и дешевое оборудование (для получения алюминиво-цинковой лигатуры требуется тигельная печь с электронагревом, которая в 100 – 150 раз дешевле вакуумной печи). Кроме того, введение цинка позволяет, незначительно по сравнению с известным, повысить пластичность сплава (относительное удлинение), что при критических нагрузках о оказывает влияние на способность материала сопротивляться разрушению. Как видно из изложенного, предложенная совокупность признаков технического решения обеспечивает эффект, что и подтверждает их существенность. Для опробования предложенного сплава были отлиты различные композиции, состав и свойства которых в сравнении с известным сплавом приведены в таблицах (сплавы подвергнуты предварительно закалке и старению). β таблице 1 представлены различные композиции сплава, их состав. В таблице 2 представлены механические свойства эти х же композиций сплава. Таблица 1 Композиция сплавов с различным содержанием компонентов Содержание компонентов,мас.% Состав Кремний Медь Магний Марганец Титан Кальций Цинк Аллюминий 1 6,2 2,5 0,3 0,3 0,1 0,05 ост. 2 7,4 3,0 0,4 0,4 0,12 0,08 ост. 3 7,9 3,3 0,5 0,5 0,2 0,1 ост. 4 7,3 3,5 0,5 0,5 0,2 0,12 ост. 5 6,7 2,5 0,3 0,3 0,1 0,05 0,4 ост. 6 6,0 2,5 0,3 0,3 0,1 0,08 0,6 ост. 7 7,2 3,0 0,4 0,4 0,15 0,1 0,8 ост. 8 8,0 3,5 0,5 0,5 0,2 0,12 1,0 ост. 9 8,4 3,7 0,5 0,5 0,1 0,14 1,2 ост. Сплав по прототипу 10 6,0 - 8,0 2,5 - 3,5 0,3 - 0,5 0,3 - 0,5 0,1 - 0,2 0,05 – 0,1 ост. Примеси Fe Всего 0,51 1,1 0,52 1,1 0,5 1,1 0,51 1,1 0,52 1,1 0,52 1,1 0,51 1,1 0,5 1,1 0,52 1,1 0,51 1,1 Таблица 2 Ме ханические свойства различных композиций сплава (после термообработки) Предел Шероховатость Относительное Состав№№ Предел текучести МПа прочности обрабатываемой поверхн. удлинение % МПа резанием, Rа 1 340 322 0,82 1,95 - 0,63 2 353 343 0,72 "–" 3 350 347 0,68 "–" 4 354 340 0,72 "–" 5 355 338 0,80 "–" 6 360 340 0,82 "–" 7 382 358 0,72 "–" 8 373 352 0,74 "–" 9 354 340 0,72 "–" 10 350 - 370 334 - 350 0,21 - 0,23 "–" Как видно из таблиц 1 и 2 наиболее высокими механическими свойствами обладает композиция №7, что подтверждает эффективность предложенного технического решения. На Кировоградском АО "Гидросила" выполнена проверка предложенного технического решения и определена его эффективность. Предложенный сплав на основе алюминия использовался для изготовления корпусных деталей аксиально-поршневых гидромашин. По сравнению с прототипом в предложенной сплаве на 10 - 20% снижена его себестоимость при сохранении высоких механических свойств предложенного сплава и его высокой обрабатываемости (практически такие же, как и у прототипа), что в конечном итоге позволяет заменить корпусные детали аксиально-поршневых гидромашин, выполненные из чугуна, на детали, изготавливаемые из алюминиевого сплава, тем самым снизить в 1,5 - 2 раза вес гидромашин.