Алюмінієвий сплав

Реферат: UA 77831 U UA 77831 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі металургії, зокрема до розробки алюмінієвого сплаву, що має високі показники міцності, пластичності, технологічних характеристик. Алюмінієвий сплав призначений для лиття відповідальних деталей, що несуть великі навантаження в процесі експлуатації. Відомі різні модифікатори алюмінієвих сплавів, наприклад, як модифікатори застосовують скандій і нітрид алюмінію (заявка РФ № 93033074/02 С22С 21/00, бюлетень "Изобретения", № 20, 1996 p.). Однак, відомі сплави не забезпечують достатнього комплексу високих механічних властивостей відлитих відповідальних деталей. Найбільш близьким по технічній суті є "Сплав АК9ч (АЛ4) ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93)", вибраний як прототип. Зазначений сплав на основі алюмінію містить у своєму складі алюміній, магній, кремній, марганець, а також домішки заліза, цирконію та титану, міді, цинку, нікелю, свинцю, олова та берилію. Однак, в основних елементах сплаву АК9ч (АЛ4) відсутні модифікатори, а елементи цирконій та титан, що мають модифікуючий ефект в алюмінієвих сплавах, зазначені у державному стандарті ДСТУ 2839-94 як домішки у сплаві АК9ч (АЛ4). В реальних умовах металургійного виробництва цирконій та титан можуть бути відсутні в сплаві АК9ч, що не дозволяє досягти високого рівня механічних характеристик сплаву. В основі корисної моделі шляхом введення суміші порошків карбонітриду титану і карбіду кремнію забезпечується підвищення міцності, пластичності і технологічних властивостей ливарного алюмінієвого сплаву. Поставлена задача вирішується тим, що в алюмінієвий сплав, який включає алюміній, магній, кремній, марганець, залізо, цирконій та титан, мідь, цинк, нікель, свинець, олово, берилій, відповідно до корисної моделі, додають композицію модифікаторів - карбонітрид титану і карбід кремнію - у вигляді суміші порошків з розміром частинок 0,05…1,0 мкм при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: магній 0,17…0,35 кремній 8,0…10,5 марганець 0,2…0,5 залізо 0,001…1,0 цирконій і титан (сумарно) 0,001…0,15 мідь 0,001…0,3 цинк 0,001…0,3 нікель 0,001…0,1 свинець 0,001…0,05 олово 0,001…0,01 берилій 0,001…0,1 карбонітрид титану 0,05…0,20 карбід кремнію 0,05…0,20 алюміній інше. Як порошок карбіду кремнію з розміром частинок 0,05…1,0 мкм може бути використаний порошок ультрадисперсний карбід кремнію ТУ У 24.6-24242050.001-2002. Як порошок карбонітриду титану з розміром частинок 0,05…1,0 мкм може бути використаний ультрадисперсний карбонітрид титану, що виготовляють за класичною технологією у плазмохімічній установці для синтезу високодисперсних порошків. Ультрадисперсні порошки карбонітриду титану та карбіду кремнію отримують методом плазмохімічного синтезу в плазмохімічній установці для отримання ультрадисперсних порошків. Цільовий продукт утворюється при введенні порошків TiCN і SiC розмірами 0,1…1,0 мм у потік азотної плазми, що має температуру 5770…7270 К. Порошки плавляться та випаровуються, після чого при зниженні температури відбувається взаємодія парів введених матеріалів. Продуктом реакції є порошки карбонітриду титану та карбіду кремнію у вигляді високодисперсних частинок розміром від 0,05 до 1,0 мкм, які відокремлюються від охолодженого газового потоку фільтруванням. Технологія приготування алюмінієвого сплаву, відповідно до корисної моделі, аналогічна технології приготування сплаву АК9ч (АЛ4) без модифікування сумішшю порошків карбонітриду титану і карбіду кремнію, і включає основні операції: завантаження в плавильну піч алюмінію, кремнію, магнію, марганцю, або лігатур цих металів; нагрівання сплаву до температури 1110 К; рафінування сплаву для видалення газів. Суміш порошків карбонітриду титану та карбіду кремнію додають у тигель із алюмінієвим розплавом в процесі плавлення сплаву АК9ч (АЛ4) після операції рафінування, і потім перемішують сплав мішалкою. Після перемішування алюмінієвий сплав розливають в ливарні форми. При затвердінні сплаву порошки карбонітриду 1 UA 77831 U 5 10 15 20 титану і карбіду кремнію виконують роль модифікуючих частинок, на поверхні котрих кристалізуються фази сплаву, в результаті чого мікроструктура подрібнюється та підвищуються механічні та технологічні властивості сплаву. Технічним результатом при здійсненні корисної моделі стало підвищення межі міцності на відрив зразків з модифікованого композицією модифікаторів (карбонітриду титану та карбіду кремнію) сплаву АК9ч (АЛ4) з 220 МПа до 265 МПа при одночасному підвищенні відносного подовження сплаву з 4,2 % до 6,5 %. При дослідженні технологічних характеристик визначено, що модифікований сплав АК9ч (АЛ4) не схильний до утворення гарячих тріщин; досягнуто підвищення рідинотекучості модифікованого сумішшю модифікаторів сплаву АК9ч (АЛ4) на 7 % у порівнянні з вихідним сплавом. Алюмінієво-кремнієві сплави характеризуються високою корозійною стійкістю. Магній в кількості 0,17…0,35 % (мас.) після термічної обробки утворює частинки Mg2Si, що зміцнює сплав. Марганець в кількості 0,2…0,5 % (мас.) вводять для нейтралізації шкідливої дії домішок заліза. Порошки карбонітриду титану і карбіду кремнію, а також титан і цирконій діють як модифікатори. Залізо, свинець та олово є шкідливими домішками, що знижують фізикомеханічні властивості запропонованого сплаву; мідь, цинк, нікель та берилій є нейтралами домішками, що в зазначеному співвідношенні компонентів суттєво не позначаються на властивостях алюмінієвого сплаву. В якості прикладу в таблиці 1 наведені хімічні склади алюмінієвого сплаву трьох плавок, модифікованого композицією модифікаторів - порошком карбонітриду титану з розміром частинок 0,05…1,0 мкм і порошком карбіду кремнію з розміром частинок 0,05…1,0 мкм, які визначали хімічним та рентгеноструктурним аналізами. Таблиця 1 Хімічні склади модифікованого алюмінієвого сплаву трьох плавок № п/п №1 №2 №3 25 Mg 0,35 0,32 0,30 Si 8,5 9,1 9,5 Mn 0,28 0,28 0.40 Fe 0,4 0,5 0,4 Zr Ті Сu Zn Ni Pb Sn 0,08 0,05 0,10 0,20 0,02 0,002 0,007 0,07 0,07 0,10 0,12 0,02 0,003 0,005 0,07 0,05 0,25 0,12 0,04 0,002 0,003 Be SiC TiCN Al 0,08 0,15 0,09 89,691 0,08 0,13 0,12 89,082 0,04 0,19 0,10 88,535 Запропонований сплав знаходиться в стані визначення корозійної стійкості та випробувань дослідних зразків. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Алюмінієвий сплав, що включає алюміній, магній, кремній, марганець, залізо, цирконій та титан, мідь, цинк, нікель, свинець, олово, берилій, який відрізняється тим, що він додатково містить карбонітрид титану з розміром частинок 0,05...1,0 мкм і карбід кремнію з розміром частинок 0,05...1,0 мкм при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: магній 0,17...0,35; кремній 8,0...10,5; марганець 0,2...0,5; залізо 0,001...1,0; цирконій і титан 0,001...0,15 (сумарно); мідь 0,001...0,3; цинк 0,001...0,3; нікель 0,001...0,1; свинець 0,001...0,05; олово 0,001...0,01; берилій 0,001...0,1; карбонітрид титану 0,05...0,20; карбід кремнію 0,05...0,20; алюміній - інше. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2