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. Изменение содержания кремния в пределах 10-14 существенно не влияет на свойства сплава.
Изменение содержания меди в пределах 0,5-4,5 мало отражается на прочности сплава при комнатной температуре, но повышение содержания меди способствует повышению длительной прочности при 300 С. Это объясняется тем, что медь при высоком содержании участвует в повышении межатомной связи твердого раствора, содержащего марганец, магний и другие аналогичные элементы. Кроме того, при распаде твердого раствора сложного по составу сплава образуются дисперсные частицы, которые участвуют в создания микрогетерогенности внутри зерен твердого раствора, что затрудняет их деформацию.
Избыточная медь участвует в образовании никельсодержащей фазы, которая кристаллизуется в разветвленной форме, ее частицы, располагаясь по границе зерен твердого раствора, блокируют их и тем самым обеспечивают значительное повышение жаропрочности сплава. Содержание меди в сплаве следует ограничить 3,0 , так как при ее избытке в структуре сплава появится фаза CuAl, способствующая охрупчиванию сплава, понижению коррозионной стойкости и повышению склонности к объемным изменениям росту поршней. Введение магния повышает прочность сплава при комнатной температуре, но мало сказывается на жаропрочности.
Оптимальные свойства сплав имеет при содержании магния 0,75-1,3 . Таблица 2.9 Химический состав поршневых сплавовСплав Содержание элементов, остальное А1 Si Сu Mg Ni Мn Ti Fe Zn Sn Pb Сплавы типа ЖЛС 1 11,0 0,75 0,80 0,81 0,71 0,20 9 KS 1275 11,0 0,80 0,90 0,82 0,71 0,15 0,20 0,066 3 12,8 1,32 1,30 1,36 0,20 - 0,72 0,15 4 iCGX 11,8 1,08 1,07 1,42 0,39 - 0,56 5 42436 12,4 1,30 0,97 1,48 0,28 0,15 0,50 6 5АЕ 328 12,0 1,50 0,80 - 0,56 - 0,56 Сплав АЛ 10В 7 4,45 7,05 0,36 0,48 0,78 8 4,80 6,95 0,31 - 0,33 - 0,80 - 0,026 0,1 Сплав типа АЛ25 ЖЛС1 9 11,0 1,50 0,80 0,80 0,30 0,05 0,70 0,15 0,02 10 13,0 3,0 1,30 1,30 0,70 0,20 0,70 0,15 0,02 - 11 11,8 1,01 1,00 0,88 0,6 0,19 0,56 0,23 0,03 0,05 12 11,8 2,10 1,00 0,88 0,6 0,19 0,56 0,23 0,03 0,05 13 11,8 2.6 1,00 0,88 0,6 0,19 0,56 0,23 0,03 0,05 14 11,8 3,05 1,00 0,88 0,6 0,19 0,56 0,23 0,03 0,05 15 11,8 3,55 1,00 0,88 0,6 0,19 0,56 0,23 0,03 0,05 16 11,6 2,52 1,01 0,82 0,35 0,19 0,55 0,23 0,021 0,048 17 11,6 2,52 1,01 0,82 0,6 0,19 0,55 0,23 0,021 0,048 18 11,6 2,52 1,01 0,82 0,85 0,19 0,55 0,23 0,021 0,048 19 12,0 2,42 1,07 0,89 0,55 0,18 0,80 0,23 0,04 0,026 20 12,0 2,42 1,07 0,89 0,55 0,18 1,2 0,23 0,04 0,026 21 11,82 2,47 1,00 0,88 0,54 0,18 0,56 0,5 0,03 0,05 22 11,82 2,47 1,00 0,88 0,54 0,18 0,56 0,8 0,03 0,05 Введение 0,5-2,0 никеля мало изменяет механические свойства сплава при комнатной температуре, но заметно повышает его жаропрочность.
Это объясняется тем, что никельсодержащая фаза способствует упрочнению границ зерен твердого раствора.
В сплаве необходимо иметь 0,8-1,3 никеля.
Примесь олова до 0,08 заметно не отразилась на изменении механических свойств. Однако содержание его следует ограничить 0,02 , так как в массивных сечениях отливок возможно скопление легкоплавкой эвтектики Al Sn, резко снижающей жаропрочность сплава. Введение свинца до 0,15 не сказалось на свойствах сплава, но содержание его следует ограничить 0,1 вследствие повышенной склонности к ликвации, которая способствует снижению жаропрочности сплава.
Таким образом, содержание легирующих элементов и примесей в сплаве АЛ25 ЖЛС1 установлено следующее 11,0-13,0 Si, 1,5-3,0 Си, 0,8-1,3 Mg, 0,8-1,3 Ni, 0,3-0,6 Mn, 0,05- 0,2 Ti, до 0,8 Fe, до 0,5 Zn, до 0,02 Sn, до 0,1 Pb, остальное - алюминий. 2.3.2.