Effect of bismuth and lead on phase composition and structure of Al—5%Si—4%Cu—4%Sn alloy

Abstract

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме создания антифрикционных алюминиевых сплавов, экономнолегированных легкоплавкими металлами. В ранних исследованиях было установлено, что сбалансированным комплексом технологических и физико-механических свойств обладает сплав, содержащий, мас.%: около 5 Si, 4 Cu и 6 Sn. В данной работе в связи с высокой стоимостью олова рассмотрена возможность снижения его концентрации до 4 % и его частичной замены другими легкоплавкими металлами, такими как висмут и свинец. С использованием термодинамических расчетов в программе Thermo-Calc, включая построение политермических и изотермических разрезов, было изучено совместное и раздельное влияние этих элементов на фазовый состав сплава Al-5%Si-4%Cu-4%Sn. Показано, что добавки свинца и висмута приводят к появлению обширной области расслоения жидкости, в связи с чем их суммарная концентрация не должна превышать 1-2 %. С использованием сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа изучены фазовый состав и микроструктура сплава Al-5%Si-4%Cu-4%Sn-0,5%Pb-0,5%Bi. Выявлено, что в литом состоянии легкоплавкие металлы распределены равномерно в структуре экспериментального сплава, а по совокупности свойств этот материал превосходит антифрикционную бронзу БрО4Ц4С17. Термическая обработка по режиму Т6 приводит к существенному повышению твердости исследуемого сплава. Однако в процессе нагрева под закалку при 500 °С происходит локальное оплавление легкоплавкой составляющей, что обуславливает ухудшение микроструктуры при повторной кристаллизации и, как следствие, служит причиной охрупчивания материала.