Сплав ак4 способ изготовления деталей

Жаропрочные ковочные сплавы АК4, АК4‑1

Краткая информация

Сплавы АК4, АК4-1 хорошо деформируются в горячем состоянии. Характеристики механических свойств полуфабрикатов из сплавов позволяют применять их при повышенных температурах.
Сплавы отличаются невысокой коррозионной стойкостью, склонны к коррозионному растрескиванию. Детали следует анодировать и защищать лакокрасочными покрытиями.
Сплавы удовлетворительно свариваются точечной и роликовой сваркой, хорошо обрабатываются резанием. Жаропрочные ковочные сплавы применяют для изготовления деталей двигателей, работающих при повышенных температурах. Сплав АК4-1 применяют в качестве конструкционного материала (в виде листов, профилей, штамповок) в машиностроении и самолетостроении.
Для уменьшения коробления и поводок закалку деталей сложной конфигурации можно производить в кипящей воде.

Общая характеристика

Жаропрочные алюминиевые сплавы АК2, АК4 и АК4–1 по у химическому и фазовому составам близки к сплавам типа дуралюмин. Как и дюралюмины, сплавы АК2, АК4 и АК4 — основаны на системе легирования Al–Cu–Mg, основными упрочняющими фазами при термической обработке служат фазы S-Al₂CuMg и CuAl₂. Cплавах АК2, АК4 и АК4–1 отличаются от дюралюминов тем, что в качестве легирующих элементов в значительных количествах содержат железо, никель и кремний. Сплавы АК4 и АК4–1 менее легированы по меди. Это определяет изменение структуры и свойств при комнатной и повышенных температурах. Сплав АК2 — один из первых жаропрочных сплавов этой группы, долгое время его применяли для деталей авиационных двигателей. В настоящее время он практически вытеснен сплавами АК4 и АК4–1. Сплавы АК4 и АК4&#82111 более жаропрочные, чем сплав АК2. Механические свойства сплавов АК4 и АК4–1 близки. Сплав АК4–1 получили модификацией сплава АК4, в котором кремния содержится в качестве примеси не более 0,35 % или в пределах 0,10–0,25 %.

Сплавы АК4 и АК4–1 отличаются технологическими свойствами. Сплав АК4–1характеризуется более высокими технологическими свойствами при литье и обработке давлением (ковке, штамповке, прессовании, прокатке), он почти полностью заменяет сплав АК4 для производства поковок и штамповок.

Химический состав сплавов

Сплав АК2 по содержанию меди и магния близок к сплаву Д1. Сплавы АК4 и АК4—1 содержат одинаковое количество меди и магния и в системе AL-Cu попадают в двух­фазную область, а избыточный магний дополнительно насыщает α‑твердый раствор. В зависимости от присутст­вия железа, никеля и кремния фазовый состав сплавов мо­жет существенно различаться, что приводит к изменению и характера упрочнения.

Химический состав (%)

Марка сплава	Cu	Mg	Fe	Ni
АК2	3,5 ‑ 4,5	0,4 ‑ 0,8	0,5 ‑ 1,0	1,8 ‑ 2,3
АК4	1,9 ‑ 2,5	1,4 ‑ 1,8	0,8 ‑ 1,3	0,8 ‑ 1,3
АК4 ‑ 1	1,9 ‑ 2,7	1,2 ‑ 1,8	0,8 ‑ 1,4	0,8 ‑ 1,4
АК4 ‑ 1ч	2,0 ‑ 2,6	1,2 ‑ 1,8	0,9 ‑ 1,4	0,9 ‑ 1,4

АК2, АК4, АК4 ‑ 1, АК ‑ 1ч

Si	Ti	Mn	Zn	Прочие примеси
0,5 ‑ 1,0	—	0,2	0,3	0,1
0,5 ‑ 1,2	—	0,2	0,3	0,1
0,35	0,02 ‑ 0,1	0,2	0,3	0,1
0,1 ‑ 0,25	0,05 ‑ 0,1	0,1	0,1	0,2

Режимы термической обработки

Повышенные температуры искусственного старения обеспечивают более высокий предел текучести при пониженной пластичности и удовлетворительную коррозионную стойкость сплавов. Для снижения коробления и поводок деталей сложной конфигурации с толщиной стенки до 80 мм при термической и последующей механической обработке охлаждение при закалке можно проводить в кипящей воде, при этом механические свойства сплавов практически не изменяются

Режимы термической обработки

Сплав	Вид полуфабриката	Режимы старения
		Температура, °С	Время, ч
АК4	Прессованные	165-180	10-16
	Штамповки, поковки	165-180	10-16
		190—200	8—12
АК4-1	Листы плакированные	185-195	9—12
		185—195	24
	Плиты горячекатаные	190—200	7—9
		190-200	24
	Штамповки, поковки	185—195	8—12
		195—200	24

Механические свойства

Сплавы АК4 и АК4‑1 по механическим свойствам уступают сплаву Д16 при комнатной температуре и превосходят по жаростойкости при температурах до 300°С

Характеристики механических свойств поковок и штамповок из сплавов АК4 и АК4–1 (в закаленном и искусственно состаренном состоянии)

Сплав	Вид изделия	Масса, кг	Вдоль волокна		δ, %	Поперек волокна
			σв	σ0,2		По ширине			По толщине		НВ
			кгс/мм 2			σв	σ0,2	δ, %	σв кгс/мм 2	δ, %
						кгс/мм 2
			Не менее
АК4	Штамповки	≤100	38	28	5	37	27	4	36	3	100
	Поковки	≤700	37	27	4	36	26	3	35	3	100
АК4–1	Штамповки	≤100	40	28	6	38	27	4	38	4	109
		100 – 200	38	27	5	38	26	4	37	4	109
	Поковки	≤700	38	27	5	38	26	4	37	4	109
	Штамповки малых крыльчаток и др.	–	40	–	5	40	–	5	40	5	117
	Штамповки больших крыльчаток и др.: перо, диск, ступица	–	39	–	5	39	–	5	39	5	109
		–	38	–	4	38	–	4	38	4	109

Пределы длительной прочности и ползучести (за 100ч) прессованных полуфабрикатов из сплавов АК4 и АК4-1

Сплав	200°С		250°С		300°С
	σ100	σ0,2/200	σ100	σ0,2/100	σ100	σ0,2/100
АК4	20	16	7,5	6,5	4,0	3,5
АК4-1	18	—	9.0	6,5	4.5	2.5

Применение

Благодаря избыточному количеству твердых фаз, содержащих железо, никель, сплавы АК2, АК4 и АК4‑1 имеют низкий коэффициент трения, а изделия из них характеризуются высокой износостойкостью. Из этих сплавов делают детали двигателей внутреннего сгорания. Такие детали, как поршни, сепараторы и др., изготовляемые ранее из сплава АК2, в настоящее время делают из сплава АК4, как из наиболее жаропрочного. Сплав АК4 применяют для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания. Сплав АК4‑1 в виде поковок и штамповок широко используют для деталей реактивных двигателей (крыльчатки, колеса, компрессоры, заборники, диски, лопатки). Кроме того, сплав АК4‑1 применяется в самолетостроении для новых сверхзвуковых машин как основной конструкционный материал в виде плит, листов, поковок и штамповок, а также прессованных профилей.

Источник

Жаростойкий алюминиевый сплав АК4

Алюминиевый сплав АК4 относят к системе Al-Cu-Mg, содержащей добавки железа и никеля. Благодаря его ковкости, пластичности и повышенной жаростойкости, он широко используется для изготовления штамповок и поковок, способных работать при повышенных температурах. Такие детали чрезвычайно востребованы в авиастроении, поскольку способны функционировать в течение 40000 часов при высоких нагрузках, обладают малой скоростью распространения трещин.

Химический состав.

Алюминиевый сплав АК4 по своему химическому составу близок к дюралюминам, содержит основные легируемые присадки меди и магния, а также специальные добавки железа и никеля. Они практически не растворяются в алюминии, приводя к небольшому увеличению прочности сплава и снижая его пластичность. Однако, при повышенных температурах такая гетерогенность алюминиевого сплава АК4 положительно сказывается на его механических характеристиках. Немаловажно также соотношение массовых долей железа и никеля в сплаве, поскольку его максимальные прочностные характеристики обнаруживаются при соотношении металлов 1:1.

Твердость и жаропрочность сплава АК4 особенно выражена в интервале температур 150-300 градусов. При более высоких температурах его свойства практически такие же, как у остальных дюралюминиев. Такая термическая стойкость сплава АК4 обусловлена образованием интерметаллических соединений типа Mg2Si, Al2Cu, которые при кристаллизации образуют жесткий и прочный каркас.

Термическая закалка сплава АК4.

Алюминиевый сплав АК4 обязательно подвергают термозакалке, в процессе которой избыточные фазы переходят в твердый раствор. Как показывает технологический опыт, типовая термическая обработка сплава АК4 включает несколько этапов:

• закаливание при температуре 525-535 градусов;
• искусственное старение при температуре 180-190 градусов на протяжении 10 часов.

В результате структурное состояние сплава стабилизируется, он приобретает высокие механические качества и сохраняет технологическую пластичность. В зависимости от назначения получаемого проката, температура отпуска сплава АК4 может быть повышена – до 240 градусов, а время выдержки сокращено до 1-3 часов.

Сферы использования.

В первую очередь жаропрочный кованый сплав АК4 был создан для изготовления поршневых и реактивных авиадвигателей, части которых переносят большие вибрационные и температурные нагрузки. Однако, сегодня из него делают разнообразные детали для самолетов: кольца, поршни, диски, крыльчатки вентиляторов, колеса компрессоров, воздухозаборники, лопасти и др.

Алюминиевый сплав АК4 не только используют в авиации, но и в машиностроении, где требуются прочные и жаростойкие конструкционные материалы, подвергаемые повышенным механическим воздействиям. В частности, он идет на производство профилей, листов, плит, труб, штамповок и прутков, которые обязательно покрывают защитным слоем, препятствующим их коррозийному разрушению.

Плоский прокат плакируют с обеих сторон алюминием высокой чистоты, с массовой долей не менее 99,7%. На его поверхности сразу образуется толстая оксидная пленка, которая повышает стойкость трущихся частей деталей к коррозии во влажном воздухе или воде. Остальные изделия анодируют или окрашивают, предварительно обрабатывая их поверхность механическим способом.

Технология обработки поковок АК4 и штамповок АК4.

Ввиду своей высокой жаропрочности, сочетающейся со способностью подвергаться горячей деформации при высоких температурах, сплав АК4 востребован при изготовлении штамповок и поковок, упрочняемых термической обработкой. Для крупных заготовок используют прессованные или круглые слитки, а для более мелких штамповок – катаные листы.

Массивные полуфабрикаты больших размеров и сложных форм, имеющих толщину стенок до 88 мм, довольно проблематично закаливать. Сочетание тонких и массивных частей в одной заготовке приводит к неравномерному распределению напряжения и возникновению к эффекту коробления и поводок. Для его снижения закалку поковок и штамповок проводят в кипящей воде или в растворах полимеров, пропуская сжатый воздух через охлаждающий раствор в закалочном баке. При массовом производстве детали укладывают в несколько слоев, располагая их в шахматном порядке.

У нас вы можете приобрести металлопрокат алюминиевого сплава АК4: плиты, листы, трубы, прутки, изготовленный по действующим нормативам ГОСТ. Позвоните или оставьте заявку на сайте, специалисты быстро оформят заказ и организуют доставку материала.

Источник

Способ термической обработки алюминиевого сплава ак4-1 (ак4-1ч)

Владельцы патента RU 2323999:

Изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при закалке заготовок из сплава АК4-1 или АК4-1ч для последующего изготовления из него высокоточных деталей. Сплав нагревают до температуры закалки, затем охлаждают с температуры закалки до 450°С со скоростью 80-120°С в час и выдерживают 3 минуты. Затем проводят охлаждение в воде с температурой 80-100°С, а затем в воде с температурой 20°С и осуществляют старение. Техническим результатом изобретения является уменьшение деформации при закалке и старении. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при закалке заготовок из сплава АК4-1 для последующего изготовления из него высокоточных деталей.

Известен способ термической обработки сплава АК4-1, который заключается в закалке с температуры 530±5°С, выдержке при этой температуре, охлаждении в воде с температурой 10-40°С и последующем старении при температуре 195°С 12 часов [1]. Способ принят в качестве аналога.

Охлаждение заготовок при этом способе производят непосредственно с температуры закалки в воде. В этом случае из-за большой разности температур возникают значительные напряжения, приводящие к деформации полуфабрикатов (плит, заготовок). Эти деформации приходится устранять за счет обработки (съема) оставленного припуска фрезерованием, что в дальнейшем приводит к изменению формы и размеров деталей, а это недопустимо, т.к. требует увеличение значительного припуска под дальнейшую обработку.

Известен способ закалки алюминиевых сплавов, который заключается в нагреве до температуры закалки, выдержке при этой температуре и охлаждении в воде с температурой 80-100°С [2].

Способ взят в качестве прототипа. При этом способе температура при закалке снижается до 430°С-450°С по сравнению со способом-аналогом. Однако это не достаточно эффективно уменьшает деформацию, т.к. напряжения возникают при охлаждении во время закалки при температуре выше 500°С, когда предел текучести (σ_0,2) алюминиевого сплава очень мал (˜10 кгс/мм 2 ), что и приводит к значительным деформациям полуфабрикатов (плит, заготовок). Эти деформации не устраняются при последующем старении, а после механической обработки на заданные размеры детали самопроизвольно изменяют форму и размеры. Эти изменения размеров невозможно исправить. Поэтому и этот способ термической обработки не эффективен для изготовления высокоточных деталей сложной конфигурации.

Технический результат, достигаемый от применения предлагаемого способа, заключается в уменьшении деформации при закалке и старении.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе термической обработки сплава АК4-1 или АК4-1ч проводят нагрев сплава до температуры закалки, охлаждение с температуры закалки до 450°С со скоростью 80-120°С в час и выдержку 3 минуты, охлаждение в воде с температурой 80-100°С, а затем в воде с температурой 20°С и старение.

Пример практического применения. Подвергали закалке образцы из сплава АК4-1 по различным режимам. Результаты исследования указаны в таблице.

Примечания к таблице.

1. Выдержку при термической обработке отсчитывали после достижения образцами заданной температуры.

2. При термической обработке использовали образцы тип III ГОСТ 1497-84. Торцы образцов доводили до шероховатости 0,16 для повышения точности измерения длины образцов.

3. На каждый режим термической обработки использовали по три образца, вырезанные из каждой плиты АК4-1 согласно ГОСТ 17232-99.

4. Результаты измерения размеров (длины) образцов являются среднеарифметическим результатом измерения 3-х образцов. Измерения длины (60 мм) образцов выполняли с точностью ±0,001 мм.

5. Охлаждение деталей и образцов со скоростью 80-120°С в час производили вместе с печью.

Из результатов таблицы следует, что предлагаемый режим обеспечивает уменьшение деформации образцов более чем в 5 раз после закалки и более чем в 3 раза после старения при практически равных механических свойствах (σ_в; δ).

Использование предлагаемого способа позволяет.

1. Существенно уменьшить деформацию как после закалки, так и после старения (195°С 12 часов).

2. Изготавливать детали (рамы, корпуса, кронштейны) сложной конфигурации с точными размерами из плит, профилей, прутков сплава АК4-1.

1. Производственная инструкция ПИ 1.2А510-98, с.15-20. Термическая обработка полуфабрикатов и деталей из алюминия и алюминиевых деформированных сплавов, ВИАМ.

2. Патент РФ №2125618. Способ термической обработки отливок из алюминиевых сплавов.

Способ термической обработки алюминиевого сплава АК4-1 или АК4-1ч, включающий нагрев сплава до температуры закалки, охлаждение с температуры закалки до 450°С со скоростью 80-120°С в час и выдержку 3 мин, охлаждение в воде с температурой 80-100°С, а затем в воде с температурой 20°С и старение.

Источник