Исследование свойств сплава АК12 при различном соотношении Fe: Мn

Критическое содержание железа в сплаве, как было предложено в работах [126-128], можно рассчитывать по формуле

Fecrit* 0,075 • [%Si] - 0,05,

где [%Si] - содержание кремния, %.

Тогда при содержании кремния 11 % предельное количество железа не должно превышать 0,7-0,8 %.

Таким образом, для адаптации алюминиевого сплава, приготовленного на алюминии марки А7, к условиям получения литых колес и требованиям, предъявляемым к ним ГОСТ Р 50511-93, необходимы всесторонние исследования структуры и свойств последних.

Приготовление расплава проводили в индукционной печи ИАТ-2,5 на плавильном участке ООО «КиК» по заводской технологии. Для модифицирования сплава использовали лигатуры AlTi5Bl и AlSrlO, очистку расплава выполнили методом внепечного рафинирования с использованием установки FDU фирмы Foseco. Температура литья составляла 700-720 °С.

Изучение микроструктуры проводили на микрошлифах с помощью оптического микроскопа OLIMPUSGX51 при увеличении до 1 000 крат.

Для определения оптимальных концентраций железа и марганца в литейных сплавах системы Al-Si, предназначенных для литья дисков автомобильных колес под низким давлением, был выбран сплав АК12, серийно используемый на ООО «КиК».

Установление влияния соотношения железа к марганцу на структуру и свойства сплава проводили на опытных образцах, химический состав которых, определенный спектральным методом, приведен в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Химический состав экспериментальных сплавов*

Номер

сплава

Марка

первичного

алюминия

Соотношение Fe: Mn

Содержание элемента, масс. %

Si

Fe

Mn

Mg

Sr

1

А8, А85

1 : 0

11,4

0,15

0,01

0,08

0,003

2

А7

1 : 0,5

11,2

0,19

0,09

0,06

3

1 : 1

п,з

0,21

0,20

* Алюминий - основа сплавов.

Результаты исследований микроструктуры, жидкотекучести, механических свойств проб алюминиевых сплавов системы Al-Si с различным соотношением железа и марганца приведены на рис. 3.38-3.40.

Микроструктура алюминиевого сплава, полученного при различном соотношении Fe

Рис. 3.38. Микроструктура алюминиевого сплава, полученного при различном соотношении Fe : Mn: а - 1 : О; б- 1 : 0,5; в - 1 : 1

3.4. Исследование свойств сплава АК12

при различном соотношении Fe : Мп

Зависимость жидкотекучести от соотношения Fe

Рис. 3.39. Зависимость жидкотекучести от соотношения Fe : Мп: а- 1 : О; б- 1 : 0,5; в - 1 : 1; г-значения жидкотекучести

Исследования микроструктуры показали, что структура сплава без дополнительного легирования марганцем состоит из модифицированной эвтектики и грубых игл (3-фазы стехиометрического состава Al5FeSi (рис. 3.38, а).

При соотношении Fe : Мп, равном 1 : 0,5, в структуре наблюдаются микрообъемы с грубыми включениями (3-фазы, а также обнаруживается присутствие Ali5(FeMn)3Si2 в виде китайского иероглифа - a-фаза (рис. 3.38, б).

Дальнейшее увеличение содержания марганца в сплаве и доведение соотношения Fe : Мп до 1 : 1 приводит к полному исчезновению игольчатой модификации железистой фазы и образованию более компактной a-фазы по всему сечению шлифа (рис. 3.38, в).

Структура, получившая название «китайский шрифт» [125], свидетельствует о том, что введение элемента-компенсатора в необходимом количестве подавляет образование иглообразной |3-фазы, в результате чего увеличивается жидкотекучесть сплава (рис. 3.39, в).

Зависимость механических свойств алюминиевого сплава от соотношения в его составе Fe

Рис. 3.40. Зависимость механических свойств алюминиевого сплава от соотношения в его составе Fe : Mn: а - твердость по Бринеллю; б - временное сопротивление разрыву; в - предел текучести условный; г - относительное удлинение

Выше описанные соотношения железа к марганцу были опробованы в заводских условиях ООО «КиК» при изготовлении автомобильных колес литьем под низким давлением. В ходе исследований было изучено 30 колес, объем выборки составил 300 образцов. Средние значения механических свойств образцов из колес показаны на рис. 3.41.

Увеличение твердости и прочности объясняется дополнительным упрочнением a-твердого раствора на основе алюминия марганцем. Значительный прирост твердости в зоне обода (внешней бортовой закраины) связан с тем, что в этой зоне наблюдается наибольшая объемная доля алюминиевой фазы.

Зависимость механических свойств алюминиевого сплава от соотношения в его составе Fe

Рис. 3.41. Зависимость механических свойств алюминиевого сплава от соотношения в его составе Fe : Мп: а - твердость по Бринеллю; б - относительное удлинение; в - временное сопротивление разрыву; г - предел

текучести условный. Соотношение Fe : Мп: П - 1 : 1,0; И - 1 : 0,5

Как показали металлографические исследования (рис. 3.42), изменение относительного удлинения объясняется условиями литья и кристаллизации фаз. Влияние грубой структуры на уровень механических свойств спицы и ступицы нивелируется только в сплаве с соотношением Fe : Мп =1:1. При этом происходит стойкое изменение морфологии p-фазы, что и дает повышение пластичности сплава.

Микроструктура образцов колес, отлитых из сплава с различным соотношением Fe

Рис. 3.42. Микроструктура образцов колес, отлитых из сплава с различным соотношением Fe : Mn: а - 1 : 0; б- 1 : 0,5; в - 1 : 1. хЮОО

Статистический анализ показал, что для образцов отливок из сплава с содержанием Fe : Мп =1:1 разброс значений механических свойств в два раза ниже, чем для образцов для сплава с содержанием Fe : Мп =1 : 0,5. Это объясняется отсутствием грубых включений немодифицированной р-фазы, формированием более дисперсной гомогенной структуры. Кроме этого, 23 % образцов отливок из сплава с содержанием Fe : Мп =1 : 0,5 не соответствуют требованиям ГОСТ Р 50511-93 по удлинению, а 3,5 % - по временному сопротивлению разрыву. Отклонений по механическим свойствам для образцов из сплава с соотношением Fe : Мп = 1 : 1 не наблюдалось.

Отрицательного влияния повышения содержания железа в сплаве на результаты стендовых испытаний колес по ГОСТ Р 50511-93 не установлено. Повышение прочности и твердости дало положительный результат при испытаниях стойкости колес удару 13°, изготовленных из сплава с соотношением Fe : Мп =1:1.

Таким образом, при использовании сплава с повышенным содержанием железа при производстве колес литьем под низким давлением приоритетным является сохранение соотношения Fe : Мп =1:1. Проведенные исследования показывают, что одним из путей получения продукции с повышенными эксплуатационными свойствами, а именно легкосплавных колес, при сохранении конкурентоспособной себестоимости, является изменение состава широко применяемого силумина марки АК12.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >