RU2067041C1

RU2067041C1 - Aluminium alloy for strengthening surface welding

Info

Publication number: RU2067041C1
Application number: RU94020611A
Authority: RU
Inventors: Валентин Юрьевич Конкевич; Виктор Иванович Тарарышкин; Владимир Яковлевич Зусин; Оксана Борисовна Носовская; Александр Николаевич Шалай
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский институт легких сплавов"
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1996-09-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; alloy is used for surface welding the most loaded parts of modern machines, for example, engine pistons. SUBSTANCE: aluminium alloy contains the components in the following proportion, mass%: silicon, 5.0-18.0; iron, 1.0-8.0; copper, 1.0-1.3; magnesium, 0.5-2.0; manganese, 0.5-1.5; titanium, 0.1-0.3; nickel, 0.5-10.0; cerium, 0.05-3.0; strontium, 0.05-0.1; aluminium, the balance. Proportion of strontium to sum iron+nickel is from 1:160 to 1:20. EFFECT: increased safe life of parts up to 30-50%. 1 tbl

Description

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. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the field of creating aluminum-based welding wires for wear-resistant surfacing, with the aim of hardening the most loaded areas of individual parts of modern machines and, in particular, pistons of engines.

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. Known aluminum alloy wire svAK10 (GOST 7871-75) containing 7 10% silicon, 0.6% iron, 0.2% zinc, 0.1% copper, 0.1% magnesium.

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. The use of this wire for wear-resistant surfacing of the most loaded parts from aluminum alloys is inefficient, because the amount of alloying components in the wire is less than in the alloys used for the manufacture of highly loaded parts (AL25, AL30), which reduces the strength and wear resistance.

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. Known alloy containing 6 12% silicon, up to 6% copper, 2 6% magnesium, up to 3% iron, 16 25% nickel, the rest is aluminum (application EPO (EP) N 0095604, B 23 K 35/28, 1983). This alloy is intended for surfacing, for example, engine pistons.

Недостатком этого сплава является низкая износостойкость наплавленного слоя, связанная с очень грубыми выделениями фаз на основе алюминидов железа и никеля. The disadvantage of this alloy is the low wear resistance of the deposited layer, associated with very rough precipitation of phases based on iron and nickel aluminides.

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.An alloy is proposed for hardening surfacing based on aluminum, containing silicon, iron, copper, magnesium, nickel, manganese, titanium, cerium, strontium in the following ratio of components (wt.):
Silicon 5.0 18.0
Iron 1.0 8.0
Copper 1.0 3.0
Magnesium 0.5 2.0
Manganese 0.5 1.5
Titanium 0.1 0.3
Nickel 0.5 10.0
Cerium 0.05 3.0
Strontium 0.05 0.1
Aluminum Else
when the ratio of strontium to the total iron + Nickel in the range from 1 160 to 1 20.

Техническим результатом разработки предлагаемого сплава является повышение износостойкости наплавленного металла и, как следствие, увеличение срока службы изделий. The technical result of the development of the proposed alloy is to increase the wear resistance of the weld metal and, as a result, increase the service life of the products.

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.The introduction of manganese, cerium, titanium, strontium with a ratio of elements within the proposed range leads to an increase in the degree of alloying of the solid solution, refinement of the structure and a change in the dispersion and morphology of the eutectic phases Al _m Fe _n Ni _l . As a result, a structure is formed in the deposited layer, which is a compact globular phase Al _m Fe _n Ni _{l of} crystallization origin in a solid solution, characterized by high hardness both at room and at elevated temperature.

Такой характер структуры обеспечивает высокую износостойкость наплавленного слоя, в том числе при повышенной температуре, которая характерна для условий эксплуатации таких деталей как поршни двигателя. This nature of the structure provides high wear resistance of the deposited layer, including at elevated temperatures, which is typical for operating conditions of such parts as engine pistons.

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. When the content of the components and the ratio of Sr to the sum of Fe + Ni is lower than the proposed one, dispersion and a change in the morphology of the phases are not provided, and as a result, an increase in the wear resistance of the surfacing is not achieved.

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. When the content of the components and the ratio of Sr to the sum of Fe + Ni is higher than the proposed, the described structural changes are sharply reduced, probably due to the binding of the alloying components to phases of a different stoichiometric composition and an increase in the wear resistance of the surfacing is not achieved.

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.Alloys of the compositions indicated in the table were obtained in the form of a wire ⌀ 3 mm. Surfacing with wire was carried out by argon-arc welding onto pistons of the AL25 alloy in the groove zone of the first compression ring. After surfacing, samples were cut out from the piston and tested by friction against a steel prism at a temperature of 300 ^° C for 10 minutes. Wear resistance was evaluated by the weight loss of the sample and by the diameter of the wear spot.

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. The study of the microstructure of the deposited layer showed that when welding with a wire from an alloy of known composition, the Al Fe Ni phases have a rough plate and needle shape, and when surfacing with the proposed alloy, the phases have a globular shape.

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. ТТТ1 ТТТ2 Analysis of the test results shows that the use of the proposed composition for hardening surfacing of the wire makes it possible to increase the wear resistance of the deposited metal by 30–40%, which accordingly increases the life of parts by 30–50%. TTT1 TTT2

Claims

Aluminum alloy for hardening surfacing containing silicon, iron, copper, magnesium, nickel, characterized in that the alloy additionally contains manganese, titanium, cerium, strontium in the following ratio of components, wt.

Silicon 5.0 18.0
Iron 1.0 8.0
Copper 1.0 3.0
Magnesium 0.5 2.0
Manganese 0.5 1.5
Titanium 0.1 0.3
Nickel 0.5 10.0
Cerium 0.05 3.0
Strontium 0.05 0.1
Aluminum Else
with a ratio of strontium and the amount of iron + nickel in the range from 1: 160 to 1:20.