Алюминиевый сплав для упрочняющей наплавки

 

Использование: упрочняющая наплавка алюминиевым сплавом наиболее нагруженных зон отдельных деталей современных машин, в частности поршней двигателей. Сущность изобретения: алюминиевый сплав включает кремний, железо, медь, магний, марганец, титан, никель, церий, стронций при следующем соотношении компонентов (мас.%): кремний - 5,0 - 18,0, железо - 1,0 - 8,0, медь - 1,0 - 3,0, магний - 0,5 - 2,0, марганец - 0,5 - 1,5, титан - 0,1 - 0,3, никель - 0,5 - 10,0, церий - 0,05 - 3,0, стронций - 0,05 - 0,1, алюминий - остальное. Соотношение стронция к сумме железо + никель составляет 1 : 160 - 1 : 20. Предлагаемый сплав позволяет на 30 - 50% повысить ресурс работы деталей. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к области создания сварочных проволок на основе алюминия для износостойкой наплавки, с целью упрочнения наиболее нагруженных зон отдельных деталей современных машин и, в частности поршней двигателей.

Известна проволока из алюминиевого сплава свАК10 (ГОСТ 7871-75), содержащая 7 10% кремния, 0,6% железа, 0,2% цинка, 0,1% меди, 0,1% магния.

Использование этой проволоки для износостойкой наплавки наиболее нагруженных деталей из алюминиевых сплавов неэффективна, т.к. в составе проволоки количество легирующих компонентов меньше, чем в составе сплавов, используемых для изготовления высоконагруженных деталей (АЛ25, АЛ30), что уменьшает прочность и износостойкость.

Известен сплав, содержащий 6 12% кремния, до 6% меди, 2 6% магния, до 3% железа, 16 25% никеля, остальное алюминий (заявка ЕПВ (ЕР) N 0095604, B 23 K 35/28, 1983 ). Этот сплав предназначен для наплавки, например поршней двигателей.

Недостатком этого сплава является низкая износостойкость наплавленного слоя, связанная с очень грубыми выделениями фаз на основе алюминидов железа и никеля.

Предлагается сплав для упрочняющей наплавки на основе алюминия, содержащий кремний, железо, медь, магний, никель, марганец, титан, церий, стронций при следующем соотношении компонентов (мас.): Кремний 5,0 18,0 Железо 1,0 8,0 Медь 1,0 3,0 Магний 0,5 2,0 Марганец 0,5 1,5 Титан 0,1 0,3 Никель 0,5 10,0 Церий 0,05 3,0 Стронций 0,05 0,1
Алюминий Остальное
при соотношении стронция к сумме железо + никель в пределах от 1 160 до 1 20.

Техническим результатом разработки предлагаемого сплава является повышение износостойкости наплавленного металла и, как следствие, увеличение срока службы изделий.

Введение марганца, церия, титана, стронция при соотношении элементов в предлагаемых пределах приводит к увеличению степени легирования твердого раствора, измельчению структуры и изменению дисперсности и морфологии эвтектических фаз Al_mFe_nNi_l. В итоге в наплавленном слое формируется структура, представляющая из себя компактные глобулярные фазы Al_mFe_nNi_l кристаллизационного происхождения в твердом растворе, отличающемся высокой твердостью как при комнатной, так и при повышенной температуре.

Такой характер структуры обеспечивает высокую износостойкость наплавленного слоя, в том числе при повышенной температуре, которая характерна для условий эксплуатации таких деталей как поршни двигателя.

При содержании компонентов и соотношении Sr к сумме Fe + Ni ниже предлагаемого не обеспечивается диспергирование и изменение морфологии фаз и в итоге не достигается увеличение износостойкости наплавки.

При содержании компонентов и соотношении Sr к сумме Fe + Ni выше предлагаемого описанные структурные изменения резко снижаются вероятно вследствие связывания легирующих компонентов в фазы иного стехиометрического состава и увеличение износостойкости наплавки не достигается.

Сплавы составов, указанных в таблице, были получены в виде проволоки 3 мм. Наплавка проволокой осуществлялась методом аргонодуговой сварки на поршни сплава АЛ25 в зоне канавки первого компрессионного кольца. После наплавки из поршня вырезали образцы и испытывали трением о стальную призму при температуре 300^oС в течение 10 мин. Износостойкость оценивали по потере массы образца и по диаметру пятна износа.

Исследование микроструктуры наплавленного слоя показало, что при наплавке проволокой из сплава известного состава фазы Al Fe Ni имеют грубую пластинчатую и игольчатую форму, а при наплавке предлагаемым сплавом фазы имеют глобулярную форму.

Анализ результатов испытаний показывает, что использование для упрочняющей наплавки проволоки предлагаемого состава позволяет на 30 40% повысить износостойкость наплавленного металла, что соответственно на 30 50% увеличивает ресурс работы деталей.

Формула изобретения

Алюминиевый сплав для упрочняющей наплавки, содержащий кремний, железо, медь, магний, никель, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит марганец, титан, церий, стронций при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремний 5,0 18,0
Железо 1,0 8,0
Медь 1,0 3,0
Магний 0,5 2,0
Марганец 0,5 1,5
Титан 0,1 0,3
Никель 0,5 10,0
Церий 0,05 3,0
Стронций 0,05 0,1
Алюминий Остальное
при соотношении стронция и суммы железо + никель в пределах от 1:160 до 1:20.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2