Реферат: Исследование применения сплавов системы Al-Mg-Si для производства поршней гоночных автомобилей
Диаграмма состояния системы Аl—Mg:
а — по Н. С. Курнакону п В. Н. Михеевой; б — по Мондольфо
Чем выше степень пересыщения твердого раствора сплавов системы Al—Mg, тем более они склонны к естественному старению, что приводит к резкому снижению пластичности сплавов и коррозии их под напряжением.
Чтобы избежать последствий естественного старения, исследователи разных стран при создании новых сплавов ограничивали содержание магния в них 10%. В целях повышения коррозионной стойкости под напряжением в новые сплавы вводили небольшие добавки переходных элементов. Это способствует образованию частиц соединений типа Al3Ti, Al12Mg2Cr2, Al10Mg2Mn, располагающихся по границам зерен прерывисто. Частицы соединений по отношению к зерну твердого раствора являются катодами, что препятствует развитию процессов коррозионного растрескивания под напряжением.
Следует заметить, что присутствие небольшого количества меди, железа и кремния в сплавах типа магналий также тормозит развитие процессов межзеренного растрескивания. Но такие добавки (или примеси) понижают общую коррозионную стойкость этих сплавов.
2.2 Сплавы системы Al – Mg – Si
Введение кремния в сплавы типа магналий способствует уменьшению чувствительности к образованию трещин, увеличению жидкоте-кучести и плотности литья, а также повышению жаропрочности. Последнее объясняется сравнительно слабым взаимодействием а-твердого раствора с фазой Mg2Si, присутствие которой в структуре понижает интенсивность диффузионных процессов.
Фаза Mg2Si часто кристаллизуется в этих сплавах в разветвленной (паукообразной) форме, способствующей снижению их механических свойств при комнатной температуре. Вместе с тем фаза Mg2Si снижает пластичность сплавов, поэтому содержание кремния в сплавах типа магналий не должно превышать 1,5 %.
Таблица 2.4
Влияние кремния на жискотекучесть сплавов типа магналий с содержанием железа 0,09—0,2% при температуре заливки 700" С [164]
Химический состав, % (остальное А1) |
Средняя длина прутка при 700° С, мм |
Химический состав, % (остальное А1) |
Средняя дл и н а прутка при 700о С, мм |
|||
М g | Si | Mg | Si | |||
4,8 | 0,15 | 168 | 11,0 | 0,15 | 260 | |
4,8 | 1,15 | 183 | 10,6 | 0,67 | 306 | |
4,8 | 1,62 | 216 | 11,2 | 1,21 | 375 | |
5,4 | 1,60 | 250 | 11,8 | 1,68 | 307 | |
5,4 | 2,18 | 140 | 13,0 | 0,15 | 321 | |
9,0 | 0,15 | 195 | 13,4 | 0,71 | 369 | |
8,8 | 0,73 | 288 | 13,0 | 1,25 | 393 | |
8,7 | 1,21 | 329 | 13,3 | 1,70 | 315 | |
9,0 | 1,73 | 276 |
Введение марганца в сплавы типа магналий повышает их жаропрочность и улучшает коррозионную стойкость.
В табл. 4 приведены данные по жидкотекучести сплавов типа магналий в зависимости от содержания кремния. Максимальная величина жидкотекучести у всех сплавов с содержанием 9, 11 и 13% Mg наблюдается при 1,2% Si. Для сплавов с 5% Mg максимум жидкотекучести смещается к 1,6% Si. Повышение жидкотекучести в сплавах при содержании в них 1,2% Si можно объяснить увеличением количества тройной эвтектики: а + Mg2Si + Р (Al3Mg2), a последующее снижение жидкотекучести связано с увеличением количества первичных кристаллов фазы Mg2Si в расплаве.
В табл. 5 приведены механические свойства сплавов системы Al—Mg—Si в зависимости от содержания в них магния и кремния при разных температурах, из которых видно, что сплав типа АЛ22 имеет преимущество перед другими сплавами.
В сороковых годах немецкие исследователи, особенно Мейер и Росслер, уделяли большое внимание изучению жаропрочности сплавов типа магналий с кремнием и пытались применить их для изготовления поршней авиационных двигателей. При этом была поставлена цель уменьшить плотность до 2,5—2,6 г/см3, повысить твердость и теплопроводность сплавов. Однако испытания показали, что этого достичь невозможно при использовании сплава типа магналий. Был предложен сплав алюминия с содержанием 5—7% Mg и 1,—1,5% Si, обладающий повышенной жаропрочностью. Этому сплаву была присвоена марка Hg51.
В Советском Союзе такой сплав известен под маркой АЛ13. Недостаток его — сравнительно низкая прочность при комнатной температуре.
В настоящее время нашли промышленное применение три сплава типа магналий с кремнием: АЛ13, АМгТЛ (АЛ29) . Соединение Mg2Si образует двойную эвтектику с а-твердым раствором (8,25% Mg; 4,75% Si; остальное Al) с температурой плавления 595° С. При малом содержании магния в сплаве эвтектика располагается по границам зерен твердого раствора (строение ее грубеет с увеличением содержания магния в сплаве), такой характер расположения частиц фазы Mg2Si повышает жаропрочность сплавов.
Растворимость фазы Mg2Si в твердом алюминии во много раз меньше растворимости магния. Следовательно, все промышленные тройные сплавы (АЛ 13, АЛ29, АЛ22) в закаленном состоянии имеют гетерогенную структуру. Поэтому у них не может быть высоких механических свойств, присущих закаленным двойным сплавам АЛ8, АЛ8М, АЛ27-1.
Один из путей повышения прочности сплава — увеличение скорости кристаллизации, которое может способствовать получению плотной мелкозернистой структуры и более дисперсных частиц фаз Mg2Si. Al3Fe, Al3Ti. Поэтому при литье деталей из этого сплава в песчаные формы особенно желательно применять холодильники или отливать детали в металлические формы.
Исследование механических свойств литых термически не обработанных сплавов (табл. 6) показывает, что предел прочности почти не зависит от содержания магния, а относительное удлинение по мере повышения содержания магния, особенно начиная с 9%, значительно снижается.
Т а б л и ц а 2.5
Механические свойства сплавов при повышенных температурах (образцы, отлитые в песчаные формы)
Химический состав,% (остальное Аl) | Температура испытания, °С | ||||||||||
20 | 250 | З00 | 350 | ||||||||
Mg | Si |
sb кГ/мм2 |
d. % |
sb кГ/мм2 |
d. % |
sb кГ/мм2 |
d. % |
sb кГ/мм2 |
d. % |
sb кГ/мм2 |
d. % |
5 | 0 2 | 15 | 6 | 12 | 8 | 23 |
10 11 |
18 | 17 | 23 | |
5 | 1,2 | 13 | 4 | 11 | 10 | 18 | 8 10 | 16 | 16 | 22 | |
9 | 0,2 | 16 | 3 | 12 | 12 | 2'? | 9 13 | 16 | 6 | 19 | 25 |
9 | 1,2 | 16 | 2 | 13 | 10 | 14 | 10 12 | 15 | б | 18 | 23 |
10 | 0,2 | 20 | 0,8 | 12 | 11 | 25 |
7 21 |
18 | 4 | 46 | 36 |
11 | 0,2 | 18 | 1 | 12 | 5 | 25 |
8 9 |
__ | 5 | 44 | 55 |
11 | 1,2 | 16 | 2 | 14 | 3 | 11 |
10 8 |
14 | 6 | 15 | 26 |
12 | 0,2 | 19 | 0,7 | 12 | 12 | 26 |
6 23 |
20 | 3 | 48 | 38 |
13 | 0,2 | 15 | 0,5 | 12 | 2 | 27 | 7 | - | 5 | 50 | 78 |
13 | 1,3 | 16 | 1,5 | 14 | 4 | 8 | 12 | 15 | 7 | 21 | 28 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20