364 / 530
Actual Problems in Machine Building. 2016. N 3
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
364
УДК 669.715.046.516.2
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ НА ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ
СПЛАВА Al-11% Si
В.К. АФАНАСЬЕВ, доктор техн. наук, профессор
М.В. ПОПОВА, доктор техн. наук, профессор
М.А. МАЛЮХ, соискатель
(СибГИУ, г. Новокузнецк)
Попова М.В.
– 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42,
Сибирский государственный индустриальный университет,
e-mail:
m.popova@rdtc.ruВ работе представлены результаты исследований влияния комплексного легирования
и скорости кристаллизации на температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР)
сплава Al-11%Si в интервале температур испытания 50–450 ºС. Установлено, что
легирование магнием в количестве 2,5% приводит к снижению ТКЛР сплава Al-11% Si в
низко- и высокотемпературном интервалах испытания. При подборе легирующего комплекса
выбирали металлы с ТКЛР меньшим, чем у алюминия. Последующее легирование такими
элементами, как Be, Cu, Zr способствует дальнейшему уменьшению величины ТКЛР в
низкотемпературном интервале испытания. Показано, что наиболее значительное снижение
значений ТКЛР наблюдается при введении меди в сплав Al-11%Si-2,5%Mg-0,1%Be в случае
кристаллизации сплава со скоростью ~ 20 ºС/с. Установлено, что комплексное легирование
обеспечивает снижение средних значений ТКЛР в интервале 50–150 ºС с 19,5 до 18,8·10
-6
К
-1
.
Ключевые слова:
алюминий,
сплавы алюминий-кремний,
температурный
коэффициент линейного расширения, кристаллизация, легирование.
Введение
Современные отрасли промышленности, прежде всего точное приборостроение и
авиастроение, испытывают потребность в легких материалах, имеющих малый удельный вес
в сочетании с низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР,
),
поскольку это обеспечивает большую весовую отдачу материала и малую изменяемость
размеров деталей [1]. Среди всех легких сплавов, которые могут иметь низкие значения
ТКЛР, особое место занимают сплавы алюминия с кремнием. Это объясняется тем, что
кремний имеет малую плотность и его ТКЛР много меньше, чем у других легирующих
элементов (
20-300
= 2,4∙10
-6
К
-1
) [2, 3]. С целью улучшения физико-механических свойств в
силумины вводят легирующие элементы. В этом отношении сплавы системы Al-Si-Mg
представляют интерес для исследователей, так как кремний и магний имеют удельный вес
меньше, чем у алюминия в 1,2 и 1,5 раза соответственно [4]. Магний повышает прочностные
свойства алюминия, особенно после пластической деформации, и увеличивает
восприимчивость к упрочняющей термической обработке [5-8]. Однако магний имеет ТКЛР
выше, чем у алюминия, в связи с чем его редко используют в качестве легирующего
элемента в сплавах специального назначения [9, 10].
Проведенные нами ранее исследования позволили установить, что при введении
магния совместно с кремнием ТКЛР сплавов не только не увеличивается, но наблюдается его