Високоміцний ливарний алюмінієвий сплав

Сплав на основі алюмінію, що містить мідь, марганець, титан, кадмій, який відрізняється тим, що він додатково містить вуглець при наступному співвідношенні компонентів, мас % мідь 4,2-5,5 марганець 0,35-0,8 титан 0,05-0,5 кремній 0,03-0,15 кадмій 0,1-0,25 вуглець 0,001-0,035 алюміній решта Винахід відноситься до області техніки і може бути застосовано як матеріал для виготовлення конструкцій, або їх елементів, деталей машин та механізмів Відомий сплав того ж призначення АМ4,5Кд (див ДСТУ-2839-94, Ливарні алюмінієві сплави, 1995, - 34с ), який містить (в мас %) Мідь 4,3-4,9% Марганець 0,35-0,6% Титан 0,05-0,35% Кадмій 0,1-0,25% Кремній до 0,05% Магній до 0,03% Недоліком даного сплаву є низький рівень технологічних властивостей, а саме, схильність до утворення гарячих та холодних тріщин при виливанні та зниження рівня механічних властивостей, що особливо проявляється при литті в металеві форми, або при литві тонкостінних виробів В якості прототипу прийнято сплав (див Ливарне виробництво 1994 №7 С 55-58), який містить Мідь 4,3-4,9% Марганець 0,35-0,6% Титан 0,05-0,35% Кадмій 0,1-0,25% Цирконій 0,05-0,3% Кремній до 0,05% Магній до 0,03% Недоліком даного сплаву є низький рівень технологічних властивостей, а саме, схильність до утворення гарячих та холодних тріщин при виливанні та зниження рівня механічних властивостей та їх нестабільність, що особливо проявляється при литті в металеві форми, або при литві тонкостінних виробів, а також те, що введення цирконію значно підвищує вартість сплаву Висока схильність цього сплаву до утворення гарячих та холодних тріщин, зниження рівня механічних властивостей та їх нестабільність, особливо при литті в металеві форми, пов'язана з високою ХІМІЧНОЮ спорідненістю між цирконієм та міддю В наслідок чого цирконій з міддю утворює штерметаліди, що містять цирконій та мідь, які за умов прискореного охолодження розплаву, не встигають розчинитися під час перитектичних реакцій, внаслідок чого вміст МІДІ та цирконію в твердому розчині знижується, що стає причиною зниження рівня механічних властивостей сплаву та їх нестабільності В основу даного винаходу покладена задача підвищення рівня технологічних та механічних властивостей сплаву при литві останнього в металеві форми, шляхом введення до його складу вуглецю в концентраційному діапазоні від 0,001 до 0,035 по масі, що забезпечує отримання складних за формою виливків з високоміцного сплаву АМ4,5Кд без гарячих та холодних тріщин, при литті виливків в металеві форми з стабільними механічними властивостями на рівні ДСТУ 283994 Поставлена задача виконується тим, що в (О о со 00 ю 58306 Мідь 4,5% Марганець 0,6% Титан 0,22% Кадмій 0,15% Кремній 0,05% Магній 0,03% Після розплавлення сплаву в нього вводили лігатуру, що містить вуглець та титан Після введення лігатури розплав перемішували графітовою мішалкою, витримували 5 хвилин в температурному інтервалі 700-740°С та розливали на стандартні (згідно ДСТУ 1583-89) зразки для механічних випробувань на розрив Литво зразків для механічних випробувань проводили в підігріту до температури 200°С стандартну металічну форму, діаметр робочої частини зразків 12мм Термічну обробку сплавів здійснювали у печі опору, в якій встановлено перемішувач атмосфери Механічні властивості визначали на зразках, відлитих у кокіль ВІДПОВІДНО до вимог ДСТУ 158389 Випробування механічних властивостей проводились на розривній машині TIRA-TEST за стандартними методиками КІЛЬКІСТЬ вуглецю у складі сплаву визначали за допомогою вакуумного спектрального аналізу Як видно з даних представлених в таблиці, результати випробувань наведені у 2, 3, 4 прикладах досягається вищий рівень технологічних (зниження схильності до утворення тріщин) та механічних (межа МІЦНОСТІ при розтягуванні, твердість, відносне подовження) властивостей У прототипу та у сплавів, що знаходяться за діапазоном сплаву, що заявляється, технологічні та механічні властивості мають нижчий рівень Це підтверджує забезпечення отримання складних за формою виливків з високоміцного сплаву АМ4,5Кд без гарячих та холодних тріщин, прилитті виливків в металеві форми з стабільними механічними властивостями на рівні ДСТУ 283994 Даний сплав може бути використаний для виготовлення конструкцій, або їх елементів, деталей машин та механізмів, а саме корпусів літаків та ракет в промислових масштабах сплаві на основі алюмінію, що містить мідь, марганець, титан, кадмій, новим є те, що він додатково містить вуглець, при наступному співвідношенні компонентів, мас% Мідь 4,2-5,5 Марганець 0,35-0,8 Титан 0,05-0,5 Кремній 0,03-0,15 Кадмій 0,1-0,25 Вуглець 0,001-0,035 АЛЮМІНІЙ інше Введення вуглецю діапазоні від 0,001 до 0,035 по масі, забезпечує збільшення КІЛЬКОСТІ активних центрів росту а - твердого розчину, за рахунок утворення стійких зародкових фаз в розплаві сплаву типу ТіС, ТіАІС та метастабільних кластерних угруповань, що містять вуглець титан та алюміній, змінює характер взаємодії компонентів в розплаві за рахунок макролегування вуглецем Це призводить до руйнування міжатомних зв'язків МІЖ титаном та міддю в розплаві та утворення зв'язків між титаном, вуглецем та алюмінієм В наслідок зміни характеру взаємодії легуючих компонентів в розплаві він наближується до твердого, що виявляється в зменшенні температурних коливань в період охолодження та нагрівання розплаву, твердіння та плавлення твердого розчину та утворенні однорідної, дрібної рівноосної структури комірчасто-дендритного типу без включень грубих штерметалічних фаз не розчинних при термічній обробці Внаслідок утворення дрібної рівноосної структури виливок має можливість компенсувати усадкові напруження за рахунок рідкої фази, яка ВІДДІЛЯЄ кристали та підживлює виливок з надливу, внаслідок чого, створюються умови для отримання складних за формою виливків з високоміцного сплаву без гарячих та холодних тріщин, при литті виливків в металеві форми з стабільними механічними властивостями на рівні ДСТУ 2839-94 Вплив мікролегування вуглецем на технологічні та механічні властивості сплаву, що пропонується представлено в таблиці Приклад виконання плавки сплаву проводились в печі опору, в графітошамотному тиглі Як вихідна шихта використовувався сплав АМ4,5Кд (див ДСТУ 2839-94) наступного складу Таблиця ХІМІЧНИЙ склад, Механічні властивості 1 Си Мп Ті Cd Si За межами сплаву, що заявляється 2 3 4,5-4,9 4,3 0,35-0,6 0,2 0,05-0,3 0,04 0,1-0,2 0,05 0,03-0,05 0,06 Прототип (мас %) Сплав, що пропонується (мас %) 1 2 3 4 5 4 4,4 0,2 0,1 0,1 0,06 5 4,8 0,38 0,25 0,12 0,05 6 4,9 0,45 0,20 0,17 0,04 7 5,0 0,5 0,3 0,2 0,045 8 5,5 0,8 0,5 0,25 0,03 За межами сплаву, що заявляється 9 5,9 1,0 0,6 0,3 0,08 58306 продовження таблиці 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,0009 0,001 0,015 0,02 0,025 0,035 0,04 залишок залишок залишок залишок залишок залишок залишок залишок с Al Межа МІЦНОСТІ, при 20°С, ст в МПа, після термічної обробки (Т5) Відносне подовження 5,%, після термічної обробки (Т5) Твердість HRB КІЛЬКІСТЬ тріщин в 10 литих зразках для механічних випробувань, литих в металеву форму 220-306 297 362 424 435 426 387 330 3,6 3,8 4,8 5,9 7,6 6,7 5,4 4,3 48-56 55 62 72 78 73 67 59 20 15 3 0 0 0 4 12 Комп'ютерна верстка Л Ціхановська Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна