Регистрация / Вход
Прислать материал

Расчетно-экспериментальное изучение фазовой диаграммы системы Al–Cu–Si–Sn для обоснования составов антифрикционных сплавов на основе алюминия

ФИО: Яковлева А.О.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: д.т.н., проф. Белов Н.А.

Институт: Институт экотехнологий и инжиниринга

Кафедра: Кафедра Технологии литейных процессов

Академическая группа: ММЛ-13-1

В последнее время возросло использование алюминиевых подшипниковых сплавов за счет хорошего сочетания эксплуатационных, технологических, экономических характеристик. Это определило их для замены антифрикционных бронз, которые широко используются, в частности, в изделиях ж/д транспорта. Для освоения промышленного производства необходимо решение по научному обоснованию параметров технологии получения слитков и деталей из предлагаемых сплавов, которое позволит получить большой экономический эффект.

Основными объектами исследования в работе являлись слитки алюминиевых сплавов, содержащих 6% Sn, Cu и Si в различном сочетании (табл. 1).

Для анализа фазового состава использовалась программа Thermo-Calc (база данных TCAL1). Установлено, что в равновесии с (Al) присутствуют только фазы двойных систем: Al2Cu, (Si), (Sn). В системе возможно наличие расслоения жидкости и протекание монотектических превращений, в том числе пятифазного нонвариантного L→L`+(Al)+Al2Cu+(Si) при ~480°С. TS мало зависит от наличия Cu, Si и практически совпадает с температурой плавления Sn.

Сплавы готовили в печи сопротивления на основе: Al (А99), Cu (М1), Si (Кр0), Sn (О1). Слитки термообрабатывались в муфельных электрических печах по режиму: отжиг при 500°С, 6 ч, закалка в воде. Испытания на твердость по Бринеллю проводились по ГОСТ 9012-59.

Отжиг изменяет морфологию оловянной фазы, частицы которой из-за локального оплавления становятся глобулярными (рис. 1а). В сплавах 1, 3 проходит полное растворение Cu в (Al), частицы фазы Al2Cu отсутствуют (рис. 1б). Кремниевая фаза в сплавах 2, 3 становится глобулярной (рис. 1в), ее количество меняется незначительно по сравнению с литым состоянием.

Легирование сплавов Cu и Si повышает твердость. Твердость сплава 3 близка к значению антифрикционной бронзы марки БрО4Ц4С17.

По результатам можно сделать вывод, что при соблюдении технологических режимов возможно получить слиток, удовлетворяющий основным качественным требованиям антифрикционных алюминиевых сплавов с повышенной прочностью.

Концентрация, масс.% Состояние Твердость, НВ
Sn Si Cu Al
1 6 4 Осн. Л1 49±1
Т2 70±1
2 6 5 Осн. Л1 46,5±0,5
Т2 41,3±1
3 6 5 4 Осн. Л1 71,6±1,1
Т2 81,5±2

1 Литой; 2 Отжиг 500°С/вода