Перспективные разработки в области многокомпонентных сплавов

Перспективные разработки в области многокомпонентных сплавов общего назначения связаны с получением мелкозернистой структуры за счет дополнительного легирования элементами-модификаторами. Можно отметить применение для этих целей легирования титаном и бором (сплав 18 в табл. 1.1), титаном, бором и германием (сплав 21), титаном, бором и кадмием (сплав 22).

Наибольший эффект повышения прочности достигается при одновременном введении не одного, а нескольких модификаторов. По-видимому, эта тенденция будет развиваться и в последующие годы. Так, например, тщательный выбор состава, содержащего медь силумина при одновременном введении в него марганца, титана, циркония, хрома, ниобия и кадмия (сплав 23 в табл. 1.1), позволил получить сплав с о_в = 50 кг/мм².

К поршневым сплавам предъявляется ряд требований, обусловленных специфическими условиями эксплуатации изготовленных из них деталей. Эти сплавы должны иметь:

• 1) пониженный удельный вес для снижения нагрузок на шатун;
• 2) пониженный коэффициент теплового расширения, что дает необходимые зазоры между цилиндром и поршнем;
• 3) повышенную теплопроводность, обеспечивающую быстрый отвод тепла от камеры сгорания двигателя;
• 4) повышенную твердость;
• 5) стабильность структуры для предотвращения объемных изменений;
• 6) хорошую коррозионную стойкость в среде горячих агрессивных газов.

Для удовлетворения этих требований создаются сплавы сложного химического состава. Кроме кремния и меди, их легируют магнием, никелем (сплав 39 в табл. 1.1) и другими компонентами.

Введение

магния повышает прочность сплавов при комнатной температуре, но мало сказывается на жаропрочности.

Введение

никеля не оказывает практически влияния на прочность при комнатной температуре, но существенно повышает жаропрочность.

Небольшие добавки марганца и титана (сплав АЛ25) или марганца, титана и циркония (сплав 38 в табл. 1.1) способствуют стабилизации структуры и оказывают благоприятное воздействие на свойства сплавов. Дальнейшие разработки связаны с изучением комплексного влияния других добавок на жаропрочность содержащих медь силуминов. Отметим также, что и для этих сплавов не последнее значение имеют литейные свойства, что учитывается при разработке новых промышленных композиций.

Система алюминий — медь является базовой для разработки алюминиевых сплавов с высоким уровнем жаропрочности. До настоящего времени находит применение сплав АЛ7, разработанный еще в начале XX в. Содержание меди в двойных сплавах алюминия не должно превышать предельной растворимости в твердом состоянии, так как при более высоких концентрациях образуется эвтектика, снижающая пластичность и жаропрочность сплавов.

В соответствии с изложенными выше соображениями выбор третьего компонента для дальнейшего легирования двойной системы должен проводиться с учетом растворимости его в сплаве при рабочих температурах, сил связи атомов в алюминиевой матрице, коэффициента диффузии этого компонента в алюминии, способности его образовывать устойчивые интерметаллидные фазы. Легирование двойной системы алюминий — медь марганцем и небольшим количеством титана как модификатора позволило разработать сплав АЛ 19 (сплав 25 в табл. 1.1). Сплав АЛЮ широко применяется в промышленности как высокопрочный, наиболее пластичный и жаропрочный сплав для получения сложных фасонных отливок. В последнее время его в больших объемах используют для изготовления изделий, работающих длительно при температурах до 80 °C.

Введение

в тройную систему алюминий — медь — марганец никеля, который при температурах, меньших 400 °C, практически не растворяется в алюминии, позволило еще более увеличить жаропрочность сплавов. Никель образует в рассматриваемой системе сложные устойчивые алюминиды, которые располагаются по границам зерен и замедляют протекание диффузионных процессов. Дальнейшее увеличение жаропрочности достигнуто введением в сплавы циркония и церия, способствующих также увеличению устойчивости структуры сплава.

Сплав АЛЗЗ (ВАЛ1) является одним из лучших отечественных жаропрочных сплавов (сплав 26 в табл. 1.1). Отмечается, что по жаропрочности до 300 °C этот сплав превосходит все известные сплавы алюминия. Поэтому сплав рекомендуют для литья нагруженных деталей сложной конфигурации, работающих при повышенных температурах.

Сплавы системы алюминий — медь — магний относятся к высокопрочным алюминиевым сплавам. Тенденции в разработке новых сплавов этой системы, как и сплавов других систем, заключаются в легировании их модифицирующими добавками. Так, например, легирование добавками марганца, титана, бора (сплав 36 в табл. 1.1) позволяет получить сплав с а_в = 450 ч- 480 МПа. Для улучшения обработки резанием применяют присадки висмута и свинца.

Легирование системы алюминий — магний — медь никелем позволяет получать сплавы с высокой жаропрочностью. По-прежнему используются сплавы АЛ1 и АЛ21, дополнительно содержащие небольшие добавки хрома, марганца и молибдена (сплавы 34 и 35 в табл. 1.1).