| Показатели | Ал13 (4, 5-5,5% Mg; 0,8—1,3% Si; 0,1—0,4% Mri, остальное Аl) | Сплавы | ||
| АЛ22 * (8-13,0% Mg; 0,8—1,25% Si; 0,03—0,05% Be; 0,03—0,07% Ti; остальное Al) | АЛ8 (9,5— ll,5%Mg) | АЛЗ 4,5-5,5% Si; 1,5—3,0% Cu; 0,6-0,9%Mn; 0,35-0,6% Mg) | ||
| Плотность, г/см3..... Жидкотекучесть при 700° С, мм ........... Линейная усадка, % • • • Склонность к образованию горячих трещин в процессе кристаллизации и последующего охлаждения (ширина кольца, при которой образуются трещины), мм • • • Давление, при котором появляется течь или разрушение, am ......... Условия ведения плавки • | 2,68 | 2,50 | 2,60 | 2,75 |
| 322 | 470 490 | 418 | 470 | |
| 1,3 | 370-390 1,2 | 318 1,4 | 370 1,2 | |
| 15 | 12 | 22,5 | 12 | |
| 118 | 130 | |||
| 118 Под | Без флюса | 55 Под | 100 Без флюса | |
| флюсом | флюсом | |||
| Предел прочности, кГ/мм-Предел текучести, кГ/мм-Относительное удлинение, % Твердость НВ, кГ/мм2 • • Модуль упругости, кГ/мм2Сопротивление срезу, кГ/мм-Предел прочности, кГ/мм", при кратковременных испытаниях на растяжение после 100-ч стабилизации при температурах, °С: | 15—17 | 23—30 | 29—35 | 25—27 |
| 9—11 | 14—17 | 15—19 | 13—15 | |
| 1,3 | 2—6 | 9—12 | 0,5—1,0 | |
| 55—60 | 75—90 | 75—95 | 75-90 | |
| 6700 | 7000 | 7000 | 7000 | |
| 14—16 | 20—22 | 23—25 | — | |
| 250 | 10 - 11 | 15 - 16 | 11- 13 | 15 -17 |
| 300 .......... | 7—8 | 12—13 | 8—9 | 11 — 12 |
| З50 .......... | 5 -6 | 8— 10 | 5— 6 | 7—8 |
Для сложного литья под давлением содержание магния может быть понижено до 8%.
Таблица 2.8
Длительная прочность сплавов АЛЗ, АЛ 13 и АЛ22 при температуре 300о С
| s кГ/мм2 | Длительность испытании, ч | ||
| АЛЗ | А Л 13 | ал22 | |
| 5 4 3 9 | Разрушается при нагружении 0,5—1 10—20 60—80 | 0,5—3 15—30 85—120 250—300 | 0,5-2 10—20 95—150 300—350 |
В структуре сплава ВАЛ1 еще явное преобладание продуктов зонной стадии распада твердого раствора. При дальнейшем повышении температуры на 25 град значительно изменяется структура сплава АЛ 19. Увеличиваются участки зерен твердого раствора без продуктов его распада, тогда как на других участках зерен твердого раствора наблюдается группировка продуктов распада вокруг частиц стабильной фазы Т (А112Мп.,Си). Фаза Т также коагулирует.
Изменение в структуре сплава А19 после З-ч выдержки при температуре 300° С приводит к дальнейшему развитию процессов растворения мелких выделений фазы 0' и коагуляции частиц фазы Т, но в зернах твердого раствора еще частично хорошо видны скопления продуктов его распада. Увеличение длительности выдержки при 300оС до 10ч приводит к интенсивному процессу коагуляции частиц фазы Т и образования частиц стабильной фазы CuAl2. В структуре твердого раствора сплава ВАЛ1, несмотря на длительное (10 ч) старение при температуре 275° С, наблюдаются довольно мелкие, равномерно расположенные в виде цепочек. При этом частицы фазы Т несколько коагулируют.
Структура сплава ВАЛ1 после 10-ч выдержки при температуре 300° С резко отличается от структуры сплава АЛ19. В твердом растворе с высокой плотностью распределены точечные и мелкие пластинчатые продукты распада. Заторможенность распада твердого раствора и присутствие тугоплавких фаз Al6Cu3Ni и А112Мп.2Си обеспечивают сплаву ВАЛ1 высокую жаропрочность. С изменением тонкой структуры соответственно изменяются и механические свойства, поэтому жаропрочность сплава ВАЛ1 на 30% выше, чем у АЛ 19.
2.3 Жаропрочность поршневых литейных
алюминиевых сплавов.
На поршни в различных двигателях действуют знакопеременные нагрузки при постоянном их контакте с агрессивными жидкими и газовыми средами. При этом нагрузки бывают очень большие (10 000—18 000 т) и температура пламени повышается до 800° С. Поэтому к сплавам для поршней предъявляются следующие требования:
1. Пониженная плотность, снижающая нагрузку на шатун.
2. Пониженный коэффициент термического расширения, так как цилиндры двигателей стальные, коэффициент термического расширения которых в два раза меньше, чем у алюминия. При низком коэффициенте у алюминиевого поршня необходимо делать минимальный зазор между поршнем и цилиндром, что будет способствовать повышению мощности двигателя, меньшему расходу смазывающего вещества и горючего, а также увеличению срока эксплуатации цилиндров, поршневых колец и поршней. Таким образом, коэффициент термического расширения — одна из важнейших характеристик поршня.
3. Повышенная теплопроводность, обеспечивающая быстрый отвод тепла от камеры сгорания двигателя.
4. Повышенная твердость. Это определяет износостойкость поршней.
5. Высокая плотность (проникновение газа в поры и микротрещины приводит к быстрому разрушению поршней).
6. Стабильность структуры поршня. Структурные изменения могут привести к объемному изменению поршня (к явлениям «роста») к заклиниванию его и быстрому выходу из строя.
7. Коррозионная стойкость в среде горячих агрессивных газов. Воздействуя на днище поршня, газы могут привести его к быстрому разрушению.
До последнего времени поршни отечественных автомобильных и тракторных двигателей в большинстве своем отливали из вторичного алюминиевого сплава АЛ10В. Несмотря на лучшую, чем у других сплавов типа силумин, обрабатываемость резанием, сплав АЛ10В имеет ряд недостатков: повышенный коэффициент термического ; расширения, склонность к объемным изменениям в процессе эксплуатации и пониженную коррозионную стойкость. Это приводит к образованию на поршнях «задиров» и трещин.
В других странах для литья поршней широко применяют сплавы
типа Лоу-Экс или АЛ25 с 10—14% Si, a также сплавы с высоким содержанием кремния (до 26%), имеющие большие преимущества перед сплавом АЛ 10В (высокая жидкотекучесть, пониженная линейная усадка, малая склонность к образованию горячих трещин), что позволяет получать из них ажурные отливки с большой разностенностыо. Кроме того, высококремниевые сплавы более коррозионностойки, что позволяет увеличивать ресурс использования поршней и двигателя, работающих на различных видах топлива.
Чем выше содержание кремния в этих сплавах, тем ниже коэффициент термического расширения. С увеличением содержания кремния понижается пластичность сплавов и ухудшается их обрабатываемость резанием. Для устранения этих недостатков необходимо разработать более совершенные методы модифицирования сплавов.
Высококремниевые алюминиевые сплавы наиболее перспективны для изготовления поршней, поэтому в настоящей главе уделяется большое внимание подробному исследованию влияния легирующих элементов и примесей на жаропрочность этих сплавов.
2.3.1. Влияние легирующих элементов на
жаропрочность поршневых сплавов
Поршневые сплавы отличаются довольно сложным химическим составом, потому что для повышения жаропрочности их обычно легируют медью, марганцем, никелем, хромом, кобальтом и другими элементами.
В литературе мало данных о влиянии основных легирующих элементов и примесей на жаропрочность сплавов типа силумин. Во всех случаях сплавы приготовляли по единой методике как из чистых металлов и лигатур, так и с добавкой 35—100% вторичных сплавов, чтобы выяснить степень их влияния на жаропрочность исследуемых сплавов. Для выявления степени вредности цинка, олова и свинца в наиболее важные сплавы специально вводили металлические цинк и олово, а свинец — в виде хлористого свинца. С целью измельчения первичных кристаллов кремния высококремниевые сплавы типа АЛ26 модифицировали фосфором в виде фосфористой меди [8—10% Сu3Р], 1,5% которой вводили в алюминиево-кремниевую лигатуру.
Были определены механические свойства при растяжении, горячая твердость при температурах 200, 250, 300 и 350о С и длительная прочность при 300° С.
Механические свойства сплавов при комнатной температуре определяли на образцах диам. 12 мм, выточенных из кокильных заготовок диам. 20 мм, и на отдельно отлитых в землю образцах диам. 10 мм с литейной коркой. Длительную прочность сплавов определяли по продолжительности испытания образцов до разрушения при определенном напряжении на таких образцах. Горячую твердость сплавов определяли с использованием шарика диам. 10 мм при нагрузке 100 кГ и продолжительности нагружения 30 мин. Образцы высотой 12 мм вырезали из кокильной заготовки диам. 20 мм.
и подвергали 100-ч стабилизации при температурах испытания. Кроме того, определяли так называемую остаточную твердость при комнатной температуре после определения горячей твердости.
Литые образцы всех сплавов испытывали после старения. Режим старения для сплавов типа АЛ25 и АЛ26: нагрев при 200° С в течение 12 ч с последующим охлаждением на воздухе; для высококремниевых сплавов: нагрев при 230' С в течение 12 ч с последующим охлаждением на воздухе. Режимы старения были выбраны на основании данных, полученных В. М. Бусаровым при исследовании влияния различных режимов старения на твердость сплавов АЛ25 и АЛ26, а температура старения подобрана такая, которая обеспечивала получение необходимой твердости сплава ц снижала литейные напряжения.
В табл. 9 приведен химический состав исследуемых сплавов.
Примеси олова и свинца в указанных пределах заметно не влияют на механические свойства при комнатной температуре и длительную прочность при 300: сплавов типа ЖЛС (сплав 2) и АЛ10В. Следовательно, можно считать допустимыми примеси до 0,02% Sn и до 0,10% РЬ.