книги из ГПНТБ / Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов

ііия отливок из сплава КО-1 методом литья по выплав­ ляемым моделям. Типичные опытные детали, отливае­ мые этим способом, представляют собой крыльчатку, ра­

определенные на литой детали, имели разброс: о в = 35-г 41 кГ/мм2, ао,2 = 25-^36 кГ/мм2, 0=4,5 4 - 9% .

Фирма Пикко, изготовившая из сплава КО-1 несколь­ ко большее количество отливок по выплавляемым моде­ лям, концентрирует внимание на оптимизации техноло­

сплавов на основе систем AI—Си, AI—Mg и некоторых других.

в условиях больших статических, но и динамических на­ грузок. Основной недостаток этих сплавов — понижен­ ные технологические свойства.

На наш взгляд, при получении сплавов с высокими механическими свойствами решающее значение имеют три основных фактора.

Первым фактором следует считать правильно выбран­ ную на основании теоретических положений систему ос­ новы сплава с нужными легирующими добавками, ко­ торая отвечала бы требованиям, предъявляемым к кон­ струкции и назначению отливок. Вторым — рационально разработанная технология приготовления сплава. Треть­ им немаловажным фактором является применение ис­ ходных материалов повышенной чистоты или нейтрали­ зация влияния вредных примесей при плавке на обычных ^шихтовых материалах.

11

^ С п л а в В А Л 1 0 является наиболее высокопрочным литейным алюминиевым сплавом и предназначается для литья деталей, которые по условиям эксплуатации не мо­ гут быть получены из других литейных сплавов.

С п л а в А Л 1 9 широко применяется для литья де­ талей, работающих при повышенных статических и удар­

ным литейным алюминиевым сплавом. Применение спла­ ва ВАЛ5 для литья корпусных деталей позволило по­ высить их рабочее давление до 450 ат.

нагрузки в среде воздуха, топлива или масла при темпе­ ратурах до 250°С.

С п л а в А Л 4 М является высокопрочным и герме­ тичным сплавом с повышенной жаропрочностью и приме­ няется в изделиях, работающих в условиях до 250°С, Внедрен в серийное производство взамен сплава АЛ4 для

с толщиной выходных кромок до 0,3 мм без механической обработки, а также увеличить окружную скорость враще­ ния до сверхзвуковой.

работают в интервале температур 350—400°С. Сплав ши­ роко применяется для деталей систем кондиционирова­ ния воздуха и топливо-регулирующей аппаратуры. При­ менение сплава АЦР-1У вместо дорогостоящих титано­ вых сплавов и стальных литых деталей позволило резко снизить вес агрегатов и трудоемкость их изготовления.

14

Минимальные значения механических свойств жаропрочных литейных алюминиевых сплавов при комнатной и повышенных температурах

ских условиях. Однако из-за склонности этого сплава к длительному естественному старению требуется ограни­ чение содержания магния (не выше 10,5%) и закалка де­ талей в подогретое (50—60°С) масло.

Приведенные высокопрочные литейные алюминиевые сплавы относятся к различным системам и по химическо­ му составу являются многокомпонентными. Технологиче­ ские характеристики этих сплавов определяются типом диаграммы состояния, лежащей в основе этих сплавов. Технологичность сплавов АЛ8, АЛ19 и др., относящихся к сплавам типа твердого .раствора, хуже, чем сплавов эвтектического типа АЛ4М, ВАЛ5 и др.- (табл. 7). Однако прочностные свойства сплавов 'первого типа несколько лучше, чем второго.

Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы не яв­ ляются сплавами универсального назначения. Так, сплав типа твердого раствора АЛ8, обладающий высокой кор­ розионной стойкостью, предназначен для работы в мор­ ских условиях. Сплав АЛ 19 обладает высокой жаропроч­ ностью, но пониженной коррозионной стойкостью. Оба этих сплава из-за большого интервала кристаллизации (100—150°С) обладают низкой герметичностью. Сплавы

16

эвтектического типа ВАЛ5, АЛ4М и др. являются высо­ когерметичными, но они не жаропрочные. Коррозионная стойкость этих сплавов ниже, чем сплава АЛ8, но значи­ тельно выше, чем сплава АЛ 19.

В технологическом отношении сплавы типа твердых растворов обладают рядом особенностей, зачастую при­ водящих в производственных условиях к усложнению технологического процесса. Анализ производственного внедрения высокопрочных литейных алюминиевых спла-

Гоо. ri*, г.м:-!чнз? ,1

BOB показывает неприменимость к ним многих универ­ сальных технологических приемов. Так, например, рафи­ нирование сплава АЛ19 обычными адсорбционными ме­ тодами не всегда эффективно при производстве крупно­ габаритных отливок. Натрий в модифицированном гало­ идными солями сплаве ВАЛ5 повышает химическую ак­ тивность сплава к влаге формы, что затрудняет получе­ ние плотных отливок, особенно с развитой поверхностью. Обычная для алюминиевых сплавов система прибылей в отливках из сплава АЛ 19 способствует образованию го­ рячих трещин из-за повышенной усадки этого сплава. Плавка сплава АЛ4М по обычной для алюминиевых сплавов технологии не позволяет получать высокие ме­ ханические свойства, так как содержание железа в спла­ ве АЛ4М свыше 0,12% резко понижает пластичность. Рядом особенностей обладают и сплавы В2616, В124, фа­ зовый состав которых зависит от скорости кристаллиза­ ции.

Поэтому все большее значение приобретает разработ­ ка специальных технологических методов, максимально учитывающих конкретные особенности сплавов. При вы­ боре сплава следует также учитывать конструктивные особенности деталей.

Однако до недавнего времени литые детали не могли еще в достаточной мере конкурировать с деформируемы­ ми. Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы от­ крывают новые возможности в производстве сложных высоконагруженных крупногабаритных самолетных дета­ лей.

Прочностные характеристики сплавов АЛ8, АЛ 19, ВАЛ5, АЛ4М, В2616 и др. близки к минимальным харак­ теристикам широко применяемого деформируемого спла­ ва АК6, поковки из которого имеют ярко выраженную анизотропию механических свойств.

Ниже приведены механические свойства поковки до 1500 кг из сплава АК6 в закаленном и искусственно со­ старенном состоянии:

18

öo,2, кГ/мм2:

Поковки для высоконагруженных деталей, по услови­ ям прочности, изготавливаются с направлением волокон вдоль преимущественного направления усилий в детали. Однако при изготовлении деталей из поковки волокна перерезаются и в материале отдельных элементов (реб­ ра, полки, перемычки) волокна направлены перпендику­ лярно к действующим усилиям. Кроме того, сплав АК6 склонен к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию. Поэтому вследствие анизотропии меха­ нических свойств в поковках и пониженной коррозион­ ной стойкости сплава уменьшаются расчетные величины прочностных характеристик в деталях.

В отливках анизотропия свойств практически отсутст­ вует, а коррозионная стойкость многих высокопрочных литейных алюминиевых сплавов выше, чем деформируе­ мых.

Известно, что в условиях эксплуатации детали нахо­ дятся в рабочем состоянии не до момента достижения напряжений, превышающих разрушающие; опасными являются напряжения, превышающие предел текучести. В этом случае в деталях наступает пластическая необ­ ратимая деформация, изменяющая геометрические пара­ метры конструкции. Поэтому при расчетах руководству­ ются не пределом прочности, а условным пределом до­ пускаемых напряжений, величина которого близка к пределу текучести. Сравнение типичных показателей пре­ дела текучести некоторых высокопрочных литейных алю­ миниевых сплавов и сплава АК6 приведено в табл. 6 и на стр. 18.

Сравнение предела выносливости сплава АК6 и ли­ тейных высокопрочных сплавов (табл. 8) показывает, что у гладких образцов сплава АК.6 предел выносливости почти в 2 раза выше, чем у литейных высокопрочных сплавов. Вместе с тем надрезы снижают предел выносли­ вости сплава АК6 до свойственного образцам из литей­ ных высокопрочных сплавов, имеющим надрез. Кроме

19

того, установлено, что небольшие коррозионные пораже­ ния сплава АК.6 еще больше снижают его предел вынос­ ливости. Как следует из данных табл. 8, предел выносли­ вости литейных алюминиевых сплавов практически не­ чувствителен к надрезам.

Таким образом, деталь, изготовленная из поковки сплава АК6, вся поверхность которой носит следы обра­ ботки резанием, обладает пределом выносливости одно­ го порядка с деталями из высокопрочных литейных алю­ миниевых сплавов, имеющих ограниченные зоны, подвер­ гавшиеся механической обработке.

Следует, однако, отметить, что в результате имеюще­ го место некоторого снижения прочностных свойств от­ дельных участков отливки, особенно подвергаемых меха­ нической обработке, прочностные показатели при расче­ те деталей из литейных сплавов принимаются с коэффи­ циентом 0,75 [24].

Т а б л и ц а 8 Усталостные характеристики алюминиевых сплавов

позволяющими придать литой детали достаточную кон­ фигурационную прочность. Большое значение при этом

20

приобретает использование повышенных прочностных свойств литейной корки путем максимально возможного увеличения поверхностей, не подлежащих механической обработке.

В табл. 9 приведена зависимость величины удельной литой поверхности1 от геометрии сечения отливок; отлив­ ки с равными площадями поперечных сечений имеют раз­

вероятность сохранения заложенных в них прочностных характеристик и других свойств, обеспечивающих безот­ казную их эксплуатацию в течение заданного времени.

Известно, что надежность литой детали характеризу­ ется прежде всего вероятностью развития в ней дефек­ тов, могущих вызвать ее поломку.

Литая деталь, как правило, имеет то или иное коли­ чество бобышек, приливов, сопряжений и других элемен­ тов. Каждый из этих элементов выполняет самостоятель-

1 Отношение периметра сечения отливки к площади сечения.

21