365 / 530
Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
365
уменьшение. Так, введение больших количеств Mg (5÷30 %) в сплав Al-11% Si приводит к
снижению теплового расширения в средне- и высокотемпературном интервале испытания.
Однако для приборостроения, обслуживающего, среди прочих, такие наукоемкие отрасли
машиностроения как космическая и авиационная техника, рабочим интервалом температур
является низкотемпературный интервал [11].
В связи с этим, целью настоящей работы являлось исследование возможности
уменьшения ТКЛР сплава Al-11% Si
за счет комплексного воздействия,
предусматривающего введение магния и последующее легирование элементами, ТКЛР
которых меньше, чем у алюминия, такими как бериллий, медь, цирконий (в интервале 0–200
ºС
Be
= 12,0∙10
-6
К
-1
,
Cu
= 16,1∙10
-6
К
-1
,
Zr
= 5,9∙10
-6
К
-1
). Учитывались также условия
приготовления сплавов, а именно – скорость кристаллизации.
Методика экспериментального исследования
Для исследования вышеуказанных параметров осуществляли выплавку сплавов в
закрытой лабораторной печи сопротивления в алундовом тигле. После расплавления
алюминия вводили Si и Mg, затем в расплав поэтапно добавляли такие легирующие
элементы, как Be, Cu, Zr. В ходе экспериментов варьировали количество компонентов. После
растворения легирующих элементов проводили заливку металла с разной скоростью
кристаллизации: в алюминиевый кокиль (~ 20 ºС/с) и между двумя медными плитами –
имитация жидкой штамповки (~ 100 ºС/с). Из полученных слитков изготавливали образцы
для дилатометрического исследования. ТКЛР определяли с помощью дифференциального
оптического фоторегистрирующего дилатометра системы Шевенара в интервале температур
испытания 50–450 ºС, погрешность определения составляла ± 0,1 · 10
-6
К
-1
.
Результаты и обсуждение
Ранее нами было установлено [2, 12], что способ кристаллизации сплава имеет
большое значение, так как скорость охлаждения при кристаллизации определяет степень
пересыщения твердого раствора легирующих элементов в алюминии. В связи с этим было
изучено влияние скорости охлаждения на тепловое расширение сплава Al-11%Si-2,5% Mg,
легированного различными элементами. Выбор легирующих элементов и их содержание в
сплаве были определены на основании ранее выявленных авторами закономерностей [3].
Результаты исследования влияния легирования на тепловое расширение сплава Al-
11%Si-2,5%Mg, залитого в кокиль, представлены на рис.1. Из представленных данных видно,
что добавка 0,1% Be способствует снижению ТКЛР в низкотемпературном интервале
испытания. Введение в легирующий комплекс 4% Сu дает значительное уменьшение
теплового расширения сплава Al-11%Si-2,5%Mg-0,1%Be во всем интервале испытания.
Последующая присадка 0,5 % Zr дополнительно снижает ТКЛР в высокотемпературном
интервале испытания. Установлено, что максимальное снижение ТКЛР сплава Al-11%Si в
низко- и среднетемпературном интервалах испытаний (50–300 ºС) наблюдается после
совместного легирования магнием, бериллием и медью в указанных количествах (см. рис. 1).