RS57888B1 - Postupak za dobijanje nisko-silikonskog dela legure aluminijuma - Google Patents

Description

Opis pronalaska

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na tehničku oblast livnenja za proizvodnju aluminijumskih delova, posebno u autoindustriji, aeronautici i uopšte posmatrano, u svim vrstama industrije.

[0002] Postoje mnoge legure poznate kao „nisko sllikonske“ legure. Ove legure imaju visoka mehanička svojstva, nakon termičke obrade T6 (Rp0.2 300 Mpa ; A% 8%). Grupisane su u 6000 nizova (Al-Mg-Si) klasifikacija legura aluminijuma. Najpoznatije su 6082, 6061, 6151. Postoje takođe mnoge kompozije sa sličnim sadržajem za standardne legure, među kojima možemo da spomenemo, na primer, dokumente EP 0987344 i US 2010/0288401 A1.

[0003] Legure, pomenute gore u tekstu, su razvijene za proizvodnju polu-gotovih proizvoda (gredice ili poluge za kovanje ili valjanje) u cilju postupaka za obradu (procesuiranja) u toplim ili hladnim procesima sa visokim stepenom deformacije (> 50%). Pored toga, geometrije ovih polu-gotovih proizvoda su jednostavne (trake, trake ili šipke), što omogućava da se ove legure učvrste uz minimum nepravilnosti pomoću postupaka sa visokim stepenom očvršćavanja. Ove geometrije i postupci vode, po tehnikama koje su savladali, do polu-gotovih proizvoda, oslobođenih od defekata kao što su: kontrakcija, pukotina, makro-segregacije (odvajanja), makro-taloženja (sprečavanje pojave previše grubog taloženja, > 100 mm).

[0004] Na osnovu tehnike predmetnog pronalaska, problem predstavljen predmetnim pronalaskom je mogućnost proizvodnje delova koji ispunjavaju visoki kvalitet i sigurnosni standard i verovatnoću složenih oblika.

[0005] Za rešenje ovog problema, tema predmetnog pronalaska odnosi se na postupak za proizvodnju dela legure niskosilikonskog aluminijuma, tip 6000.

[0006] Još preciznije, predmetni pronalazak se odnosi na postupak za dobijanje dela napravljenog od aluminijumske legure sa niskim stepenom silikona, koji sadrži silikon u stopi između 0,5 i 3%, magnezijum u stopi između 0.65 i 1%, bakar u stopi između 0,20 i 0,40%, mangan u stopi između 0,15 i 0,25%, titanijum u stopi između 0,10 i 0,20% i stroncijum po stopi od 0 do 120 ppm, prema kojem:

- pomenuta legura je postavljena u kalup da se dobije deo,

- nakon livenja, oformljeni deo koji je još vrućeg predoblika-predforme je razdvojen,

- pomenuta predforma je ohlađena i podvrgnuta operaciji zagrevanja koje su sposobne do zagrevanja predforme do temperature između 470 ̊C i 550 ̊C.

- pomenuti deo je pozicioniran između dve školjke matrice za definisanje otiska jednake veličine kao jedna školjka matrice, jednake ali manje od kalupa,

- dve školjke se pritiskaju snažno jedna ka drugoj u cilju vršenja pritiska na deo smešten između pomenutih školjki, da se ostvari kombinovani pritisak kovane površine.

[0007] Takođe, svrha predmetnog pronalaska je takođe za

- realizaciju gore navedenih postupaka u autoindustriji ili polju aeronautike;

- upotrebu dela dobijenog gore navedenim postupcima u polju autoindustrije i

- upotrebu legura iz gore navedenih postupaka u polju aeronautike.

[0008] U postupcima realizacije, nakon hlađenja predforme, oblik se greje stavljanjem u tunelske peći.

[0009] Iz ovih karakteristika sledi da je operacija livenja praćena kovanjem predforme u jednom koraku i neće imati iste parametre temperature, stopu taloženja, stopu deformacije, temperature kovačnice kao prethodni procesi zabeležen u struci.

[0010] Ovde definisana legura ispunjava ove zahteve i omogućava dobijanje delova zadovoljavajućih kvaliteta, pogotovo ako su deo sigurnosne obaveze (deo za uzemljenje = sigurnosni deo).

[0011] Među ovim ograničenjima su, na primer, sledeći:

- geometrija predforme, za razliku od šipki i poluga, uključuje predforme iz funkcionalne faze dizajniranja dela i može zbog toga imati složene geometrije uključujući rebraste ili poprečne varijacije, što dovodi do izolovanja mase tečnog metala. Ove izolovane mase mogu se “tolerisati” povećanjem silikonskog sadržaja (tip AS7G03,legura standardnog livenja). Smanjenje ove stope omogućava osetljivost legure tokom očvršćavanja i vodi do višebrojnih kontrakcija defekta (poroznosti) i većeg volumena.

-Interval očvršćavanja, koji je definisan razlikom između likvidne (tečne) temperature i eutektičke temperature (temperature mržnjenja ili topljenja eutektika) za legure u razmatranju. Za leguru, tipa AS7G03 modifikovanu stroncijumom, ovaj interval je približno 50 ̊C (611 ̊C - 562 ̊C). Za nisko-silikonsku leguru tipa 6000, to je oko 90 ̊C (655 ̊C - 562 ̊C) što proizilazi iz zadržavanja taloga makroskopskog Mg2Si (ili silikona) kao pseudo eutektičkog ležišta. Interval velikog očvršćavanja vodi do povećavanja oblasti prolaznog prostora, što otežava usmeravanje prednje strane komada. Očvršćavanje za umanjenje defekata je i tradicionalno i skoro prirodno urađeno pomoću legure AS7G03.

-AS7G03 ima skoro neosetljivost na pucanje zbog velike eutektičke količine koja će biti u stanju da popuni pukotine koje se pojavljuju tokom kontrakcije (skuljanja) u postuplu očvršćavanja. Ovo nije slučaj i sa legurama sa niskom procentom silikona, koje imaju vrlo male eutektičke količine koje vode do visoke osetljivosti na pukotine i zahtevaju prilagođavanje sastava i kontrolisanje termalnog gradijenta (nagiba) prilikom očvršćavanja.

[0012] Takođe je neophodno podešavati hemijski sastav za dobijanje najboljeg kompromisa između livenja, kovanja i termičke obrade i željenih mehaničkih karakteristika gotovih delova. U tu svrhu, svaki od elemenata legure, njihov sadržaj i efekti koji dovode do njihovog zadržavanja su detaljno opisani ispod, vrednosti:

Sadržaj silikona je između 0.5 i 3%. Sadržaj silikona manji od 1%, vodi do prinosa snage (zatezne čvstoće) i najveće elongacije (izduženja). Međutim, ovo je procenat po kojem je legura najosetljivija na pucanje i ima najnižu protočnost. Stoga je neophodno prepraviti silikonske sadržaje prema geometriji dela. Složene geometrije će zahtevati veći procenat za smanjenje osetljivosti na pucanje. Najviša procenat od 3% odgovara stopi iznad koje elongacija (izduženje) i prinos snage (zatezna čvstoća) postaju veoma niske da bi bile uvek interesantne za proizvodnju legure ovog tipa.

[0013] Sadržaj magnezijuma je između 0,65 ii 1%. Ova stopa optimizuje gustinu taloga Mg2Si u aluminijumskoj matrici. Ovo nadoknađuje smanjenje silikonskog sadržaja dok ima minimum taloga makroskopskog Mg2Si, koji je štetan i mora se rastvoriti ili trasformisati tokom termičke obrade. Ako je taloženje brojno ili preveliko, termička obrada će imati samo mali uticaj na njihovo rastvaranje (razlaganje), kako je veličina kritičnog razlaganja premašena.

[0014] Sadržaj bakra je između 0.20 i 0.40%. Ova stopa omogućava formiranje Al2Cu taloga u matrici i potpuno odsustvo makroskopskog Al2Cu taloga. Odsustvo ovih makroskopskih taloga omogućava održavanje visoke temperature kovanja i time umanjuje snage kovanja (koja se odvija u operaciji iz jednog koraka). Zaista, glavni formirani talozi u prisustvu bakra su Al2Cu i AlMgSiCu, sa temperaturama topljenja redom na 490 ̊C i 525 ̊C, njihovo prisustvo sprečilo bi kovanje na višim temperaturama bez rizika od opečenosti legure koja bi je učinila neupotrebljivom. Ova degradacija (uništavanje) je slično uništavanju legure. Veća stopa bakra takođe povećava rizik od osetlivosti legure na pucanje, kako i dalje ostaje eutektička da bi očvrsnulo na visokim temperaturama. Na niskim temperaturama (490 ̊C ili 525 ̊C) mehanički napori koji se vrše na deo (povezani sa skupljanjem taloga) su važni.

[0015] Sadržaj mangana je između 0.15 i 0.25%. Ova stopa sprečava formiranje AlFeSi taloga pod obrascem β (veoma štetni plak) i omogućava da se formira AlFeMnSi talog u obrascu α (Kinesko pisanje manjeg oštećenja). Ovo maksimizira elongaciju gotovog dela proizašlog iz Kobapres postupka. Ovaj efekat je mnogo češće u upotrebi sa većim količinama mangana ili gvožđa, od kojih oba vode do jakog ojačavanja legure ali takođe i do većih taloženja tokom očvšćavanja. Ovo velika taloženja su štetna za dobru elongaciju. Međutim, legura prema predmetnom pronalasku je namenjena, kao što je naznačeno, za Kobapres postupke, prema kojima je kovanje u jednom koraku, koji ne dovodi do velikih deformacija u susretu sa kovanjem, kotrljanjem ili guranjem. Ove velike deformacije omogućavaju velika taloženja u komadu i čine ga manje štetnim dok istovremeno očuvavaju efekat očvršćavanja.U slučaju legura, u zavisnosti od predmetnog pronalaska, uticaj taloga baziranog na gvožđu na mehaničkim svojstvima, treba biti sveden na minimum pri samom ulivanju. Njihova morfologija neće biti više modifikovana, kkako kovanje u jednom koraku ne deformiše deo u dovoljnoj meri da promeni njegovu morfologiju (oblik). Konačno, ovaj sadržaj mangana je prilagođen za stope hlađenja dobijene tokom livenja u trajnom kalupu, gde u odnosu na brzine vodi do formiranja AlFeMnSi takođe u obrascu α.

[0016] Sadržaj titanijuma je između 0.10 i 0.20%. Ova je stopa neophodna za efektivan rast granule i finoću granularizacije koja ima značajan uticaj na mehaničke karakteristike ovih legura.

[0017] Sadržaj stroncijuma je u opsegu od 0 do 120 ppm. Ova je stopa neophodna za vlaknasto očvršćavanje iz male količine eutektika koja se formira. Do ovoga dolazi uglavnom u slučaju silikonske stope veće od 1,5%.

[0018] Videli smo da je sastav ovih legura prilagođen da dovede do očvšćavanja koje omogućavaju uvećanje njihovih mehaničkih karakteristika uprkos niskom nivou deformacija koje susrećemo tokom Kobapres postupaka.

[0019] Međutim, postoje defekti očvršćavanja, interglanuralni defekti očvršćavanja, lokalizovana skupljanja, na zglobovima granula, sa razgranatom i difuznom morfologijom koji slabe liveni deo.

[0020] Operacija "Cobapress" kovanja omogućava da se zatvore i zavare ovi defekti (defekti ne moraju da budu i mane, često je neki defekt u materijalu baš koristan) sa nadmoćnim dizajnom za stepen deformacije. Kombinacija temperature/deformacije omogućava da se defekti zavare zajedno. Tabela ispod, ima mehaničke karakteristike na livenim delovima i na delovima, prema Kobapres postupku, posle termičke obrade T6 nisko-silikonske legure. Primećena poboljšanja granice loma Rm i elongacije (izduženja) loma:

Stanje Rp0,2 Rm [Mpa] A% [%]

[Mpa]

Livnica 300 315 1,3

Cobapress tm 300 340 8

Rp= Granice elastičnosti

Rm= Mehanička otpornost

A%= Elongacija

[0021] Konačno, ova kompozicija umanjuje složenost uobičajne termičke obrade za leguru tipa Al-Mg-Si-Cu. Sadržaj silikona, stope očvršćavanja i finoća glanuralizacije prečišćavanja vode do taloženja makroskopskog Mg2Si čija veličina i morfologija (oblik) olakšavaju rastvaranje tokom termičke obrade.

[0022] Reference za slike u priloženim crtežima predstavljaju mikrografiku dela, a da bi pokazali važnost nivoa bakra i mangana. Slika 1 prikazuje mikrostrukturu livenja oslobođenu mangana, taloženje "u iglama", tip β, dok Slika 2 prikazuje monostrukturu sa manganom, talog "u porculanskom pisanju", tipa α.

[0023] Slike 3, 4 i 5 prikazuju eliminisanje taloga bakra Al2Cu.

[0024] U Slikama 3 i 4, sadržaj bakra je veći od 0.40%, što dovodi do prisustva taloga Al2Cu. Slika 4 prikazuje primer gde se talozi AlFeMnSi i Mg2Si mogu videti okružena talogom Al2Cu.

[0025] Slika 5 prikazuje sadržaj bakra između 0.20% i 0.40%, u zavisnosti od predmetnog pronalaska, pokazujući odsustvo Al2Cu taloga.

Claims (3)

Patentni zahtevi

1. Metod dobijanja dela napravljenog od nisko-silikonske legure aluminijuma, obuhvatajući:

- silikon sadržaja koji leži u opsegu od 0.5% do 3%;

-magnezujum sadržaja koji leži u opsegu od 0.65% do 1%;

-bakar sadržaja koji leži u opsegu od 0.20% do 0.40%;

-mangan sadržaja koji leži u opsegu od 0.15% do 0.25%;

-titanijum sadržaja koji leži u opsegu od 0.10% do 0.20%; i

-stroncijum sadržaja koji leži u opsegu od 0 ppm do 120 ppm;

Ostatak legure koji sadrži aliminijum i moguće nečistoće,

pri čemu metod obuhvata korake:

- livenje pomenute legure u kalupu kako bi se dobio deo;

- nakon livenja, dekalupiranje dela koji konstituiše predformu dok je još vruć;

- hlađenje spomenute predforme i zatim podvrgavanje pomenute predforme operaciji prilagođenoj za ponovo zagrejavanje na temperaturi koja je u opsegu od 470 ̊C do 550 ̊C;

-pozicioniranje navedenog dela između dve školjke odlivka koji definiše šupljinu sa dimenzijama suštinski jedsakim ali manje od onog od kalupa; i

-snažno pritiskanje dve školjke da se dejstvuje na deo koji je smešten između pomenutih školjki, kombinovanim efektom presovanja i gnječenja površina.

2. Upotreba dela dobijenog metodom prema patentnom zahtevu 1, u sektoru autoindustrije.

3. Upotreba legure iz metode prema patentnom ahtevu 1, u vazduhoplovnom sektoru.