Влияние искусственного старения на свойства эвтектического силумина

Аннотация. В работе рассмотрено исследование влияния различных температур старения, то есть имитация покраски в лабораторных условиях на свойства дисков автомобильных колес, полученных литьем под низким давлением из эвтектического сплава марки АК12.

Ключевые слова: силумины; сплавы; искусственное старение; диски автомобильных колёс.

Сплавы системы алюминий-кремний (силумины) известны с 19‑го века, однако и в настоящее время их широко применяют, в частности, в автомобильной промышленности.

Цель данной работы: исследование влияния различных темпе­ратур старения, то есть имитация покраски в лабораторных условиях на свойства дисков автомобильных колес, полученных литьем под низким давлением из эвтектического сплава марки АК12.

Работа выполнена на предприятии ООО «КиК», г. Красноярск, и в лабораториях кафедры «Металловедение и термическая обработка металлов им. В.С. Биронта» ИЦМиМ СФУ. Исследованы механи­ческие свойства и удельная электропроводимость (физическое свойство) после старения при 150‑230 ^оС образцов из дисков автомобильного колеса, вырезанных из зоны обода.

Известно, что эвтектический сплав АК12 является нетермоупроч­няемым, содержащим основные легирующие элементы: алюминий и кремний.

После литья при ускоренном охлаждении возможно получение некоторой пересыщенности твердого раствора и при дальнейшей выдержке, особенно при нагреве, наблюдается эффект старения.

Значения твердости по Бринеллю приведены на рис. 1, из которого видно, что повышение температуры до 170 ºС приводит к увеличению значений твердости на 4 кгс/мм². Затем твердость плавно понижается, достигая 50,1 HB при 230 ºС. Полученная зависимость позволяет судить о дисперсионном твердении в твердом растворе. Об эффекте дисперси­онного твердения указывают авторы работы [1].

Исследовали силумины, содержащие 10 % кремния с добавкой магния. Отмечено, что отливки, полученные литьем под давлением, иногда подвергают вылеживанию с нагревом до 170-210 °С.

Отливки после литья под давлением опускают сразу в закалочную ванну (вода), после проводят дисперсионное твердение при повышенной температуре [1]. Аналогичное литературным данным явление наблюдали в данной работе. Согласно ГОСТу Р50511 - 93 у нетермоупрочненных дисков автомобильного колеса твердость по Бринеллю должна быть в интервале 45-60 HB.

Рисунок 1. Значения твердости по Бринеллю сплава АК12 после искусственного старения при 150-230 °С и выдержке 4 часа

Значения микротвердости сплава АК12 после нагревов при 150‑230 °С в течение 4 ч показана на рис. 2, из которого видно, что нагрев способствует некоторому повышению микротвердости (на 11 кгс/мм²), причем большие значения достигнуты при температуре 190 °С. Затем идет снижение микротвердости. Необходимо отметить, что изменение микротвердости идет через максимум аналогично изменению твердости по Бринеллю.

Рисунок 2. Значения микротвердости сплава АК 12 после искусственного старения при 150-230 °С и выдержке 4 часа

При литье под давлением появляется определенное количество дефектов в кристаллической решетке алюминия. Нагрев литых дисков колес до 150-230 °С должен способствовать уменьшению количества дефектов, в частности точечных, что должно сказаться на изменении физических свойств. Выполнено измерение удельной электропроводи­мости (физического свойства) после нагревов (рис. 3).

В работе [2] отмечено, что закалка сплава обычно приводит к самому низкому уровню электропроводности, так как большая часть компонентов фиксируется в твердом растворе. В сплавах, стареющих при комнатной температуре, может иметь место последующее снижение электропроводности на начальных стадиях старения, обусловленное образованием зон Гинье-Престона. Распад твердого раствора при старении (в особенности при повышенных температурах, то есть в нашем случае при 150-210 ° С) вызывает увеличение электро­проводимости (рис. 3).

Рисунок 3. Значения удельной электропроводимости сплава АК12 после нагрева при 150 – 210 ºС и выдержке 4 часа

На физические свойства влияет изменение количества точечных дефектов (и наиболее важных из них - концентрации вакансий), что особенно сказывается на изменении физических свойств.

Принимают, что падение электросопротивления пропорционально снижению концентрации вакансий [3]. Уменьшение количества точечных дефектов должно привести к повышению удельной электропрово­димости, что и показали наши исследования (рис. 3). Таким образом, для оценки качества силумина марки АК12 можно предложить измерять удельную электропроводимость, как быстрый, структурно­чувствительный и неразрушающий метод контроля.

Выводы:

1. Исследованы механические и физические свойства дисков автомобильных колес из сплава АК12.

2. Выяснено, что применение нагревов после литья способствует повышению твердости по Бринеллю и микротвердости, то есть фактически происходит термическая обработка по режиму Т1: искусственное старение без закалки. Полученные значения твердости по Бринеллю соответствуют требуемым.

3. Установлено, что значения электропроводимости при нагреве после литья повышаются. Это увеличение можно объяснить понижением концентрации точечных дефектов и увеличением протяженности межфазных границ в результате нагрева при невысокой температуре 150 - 210 ° С в течение 4 часов, то есть при покраске. Для оценки качества силуминов марки АК12 предложено измерять удельную электропроводимость, как быстрый, структурночувствительный и неразрушающий метод контроля.