Сплав на основі алюмінію

Изобретение относится к области металлургии к сплавам на основе алюминия, предназначенных для изготовления машиностроительных деталей, работающих о условиях трения и изнашивания, в частности, деталей узлов трения. Известен сплаве высокими прочностными характеристиками, в частности, высоким сопротивлением пластической деформации и ползучести [1], содержащий (в мас.%): Недостатками указанного сплава является то, что содержание в сплаве свыше 8% кремния в силу малой его растворимости в алюминии приводит к образованию в сплаве твердых структурных составляющих - кристаллов, которые обладают высокой твердостью и хрупкостью и делает неравномерной структуру сплава, что вызывает повышенный износ сопрягаемых с подшипниками деталей. Титан, допускаемый в известном сплаве в количестве до 0,3%, является модификатором макрозерна алюминиевых сплавов. Однако, учитывая сложность введения титана, требующего использования специальной алюминиевотитановой лигатуры, а также отсутствие для алюминиево-кремниевых сплавов четких корреляций между значениями механических характеристик и величиной макрозерна, обусловленное присутствием в этих сплавах по границам зерен выделений двойной эвтектики алюминий-кремний нивелирующей влияние границ зерен, введение титана теряет свою эффективность. Присутствующая в известном сплаве сурьма повышает твердость за счет образования включения однако она, как токсичный компонент вызывает ухудшение воздушной среды на рабочих местах и экологической обстановки при плавке сплава. Цинк дает значительно меньший эффект в повышении антифрикционных свойств, чем, например, олово. Состав известного сплава, обуславливающий присутствие в структуре нескольких видов твердых составляющих и, в частности, большое количество твердых и хрупких эвтектических кристаллов определяет, с одной стороны, его высокую износостойкость, с другой - высокую вероятность изнашивания поверхностей скольжения контактирующих с подшипниками деталей, что приводит к ухудшению рабочих характеристик, например, снижению КПД насосов и даже к преждевременному выходу их из строя из-за резкого снижения КПД. Задачей настоящего изобретения является создание сплава, обладающего оптическим сочетанием прочностных и антифрикционных характеристик, высоким сопротивлением износу в сочетании с пониженной способностью изнашивать сопряженные детали. Поставленная задача решается путем снижения содержания в сплаве кремния, уменьшающего износ сопряженных с подшипниками деталей за счет уменьшения твердых фаз и соответственно снижения твердости и хрупкости сплава, что повышает его стойкость против образования задиров; введения олова, улучшающего антифрикционные характеристики сплава и снижающего износ трущихся поверхностей, которое в присутствии цинка способно образовывать в сплаве легкоплавкую тройную эвтектику алюминий-цинк-олово с температурой плавления на 30°C ниже температуры плавления двойной эвтектики алюминий-олово, присутствующей в традиционных подшипниковых алюминиево-оловянных сплавах. Присадки олова даже до 0,05% в значительной степени увеличивают эффект упрочнения от искусственного старения алюминиевых сплавов, в результате чего повышается усталостная прочность, улучшаются механические свойства и обрабатываемость. В допустимых дозах железо как один из малорастворимых компонентов в алюминии образует включения повышенной твердости, химическое соединение Наличие в структуре таких твердых включений, равномерно распределенных в алюминиевых сплавах, обеспечивает получение низкого коэффициента трения и способность нести нагрузку, что также важно для антифрикционных сплавов. Для исключения превышения наличия допустимой дозы железа в алюминиевых сплавах необходим обязательный контроль введения натрия, измельчающего эвтектические кристаллы кремния и снижающего вероятность их выкрашивания при трении, следствием чего могут быть задиры и повышенный износ поверхностей скольжения. Все вышесказанное в целом улучшает прочностные и антифрикционные характеристики металла. Предлагаемый сплав имеет следующее соотношение компонентов (в мас.%): Уровень механических и трибологических характеристик предлагаемого сплава удовлетворяет требованиям к свойствам материала платиков и компенсаторов гидронасосов в литом состоянии без дополнительной термической обработки. Результаты сравнительных испытаний сплавов приведены в таблице. Пример выполнения: сплавы выплавлялись в силитовой печи сопротивления с графитошамотным тиглем емкостью 200кг с использованием первичных шихтовых материалов, рафинировались гексахлорэтаном в количестве 0,5% от веса шихты. Рабочая шихта из первичных чушковых материалов с учетом получения в отливках усредненного химсостава: и с учетом угара компонентов на завалку составляет 183,828кг, а по компонентам составляет: Железо - 1,08кг (0,6%) в завалку отдельным материалом не вводится, т.к. оно находится в примесях алюминия и других материалах завалки. Отливались клиновые пробы и цилиндрические заготовки для изготовления образцов и последующего испытания их на растяжение, ползучесть, трение, износ. Испытания на растяжение проводили на машине "Инстрон" модели 1185 при скорости деформирования образцов 0,5мм/мин; твердость определяли на приборе ТШ-2М; испытания на износостойкость и антифрикционность проводили на машине трения СМЦ-2 в масле МГТ-10: антифрикционность определяли по изменению момента трения, износ образцов из испытуемого сплава и контактирующего с ним в процессе испытаний контртела - по глубине слоя, потерянного при истирании образца поверхностью цилиндрического ролика из Ст.45 при нагрузке 100МПа в течение 3 часов с использованием мелкодисперсного абразива; испытания на ползучесть проводили на стенде фирмы "Шенк - Требель" при постоянном напряжении 150МПа, выбранном на основании анализа прочностных характеристик сплавов при условии нахождения этих напряжений в упругой области диаграмм растяжения при температуре 100°C. Характеристикой ползучести являлась продолжительность испытаний до разрушения после полного прогрева образца. Аналогичные примеры сведены в таблицу. Результаты проведенных сравнительных испытаний дают основание сделать вывод, что сплав предлагаемого состава, значительно превосходит прототип по антифрикционности, практически не изнашивает сопряженные детали.