Chemical composition improvement of aluminum-iron bronze industrial casting

Abstract

EN: Introduction. Interstate standard GOST 493 provides for the maximum allowable zinc content in bronze BrA9Zh3L not more than 1 (wt.) %. Zinc in aluminum-iron bronze composition has controversial influence on casting technological and mechanical properties. The specified element improves material castability, but, in certain amount, leads to product embrittlement. Problem statement. In the present work the problem of effective amount of zinc determination for casting bronze BrA9Zh3L properties improving without negative affecting the plastic and impact characteristics of foundry products has been solved. Purpose. The purpose of this study was an evaluation of Zn content influence on BrА9Zh3L bronze structure and mechanical properties and determination of its rational doping. Materials and Methods. Aluminum-iron bronze BrА9Ж3Л according to GOST 493, alloyed with zinc in an amount 0…4 (wt.) %. Fractography of destroyed impact samples surfaces and the products microstructure have been studied according to ASTM E3 − 11 (2017) requirements. Mechanical static tensile tests were carried out according to GOST 1497, impact toughness according to GOST 9454. Results. It has been established that the zinc content increasing over then 0,2 % by weight in bronze BrA9Zh3L composition effects not only on significant strength decreasing, but also on sharp ductility dropping. The reason for such regularity is the number of eutectoid component in BrA9Zh3L structure increasing. Conclusions. Active loosing of BrA9Zh3L bronze plasticity and ductility, associated with alloy structural state changing, has been recorded in the range of 0,2...0,6 (wt.) % Zn. For industrial cast products maximum Zn content in bronze BrA9Zh3L has been recommended to limit by 0,2 (wt.) % against normatively stipulated 1,0 (wt.) % as per GOST 493.

UK: Вступ. Міждержавний стандарт ГОСТ 493 передбачає максимально допустимий вміст цинку в бронзі БрА9Ж3л масовою часткою не більше 1 %. Цинк у складі алюмінієво-залізної бронзи має неоднозначний вплив на технологічні і механічні характеристики лиття. Зазначений елемент поліпшує рідкоплинність матеріалу, але, в певних кількостях, спричинює окрихчування виробу. Проблематика. У роботі вирішувалася проблема вибору ефективної кількості цинку, який сприяє поліпшенню ливарних властивостей бронзи БрА9Ж3Л без негативного впливу на пластичні й ударні характеристики виливків. Мета дослідження − оцінення впливу Zn на структуру і механічні властивості бронзи БрА9Ж3Л і визначення раціонального її легування. Матеріали і методи. Алюмінієво-залізна бронза БрА9Ж3Л по ГОСТ 493, легована цинком у кількості масової частки від 0 до 4 %. Фрактографію поверхонь руйнування ударних зразків і мікроструктуру виробів вивчали за вимогами АSTM Е3 − 11 (2017). Механічні випробування на статичний розтяг проводили за ГОСТ 1497, на ударний вигин за ГОСТ 9454. Результат. Установлено, що збільшення вмісту цинку понад 0,2 % в складі бронзи БрА9Ж3Л не тільки суттєво зменшує її міцність й різко зменшує пластичність. Причина такої закономірності − збільшення в структурі БрА9Ж3Л кількості евтектоїдной складової. Висновки. Активна втрата пластичності і в'язкості бронзи БрА9Ж3Л, пов'язана зі зміною структурного стану сплаву, зафіксована в інтервалі 0,2...0,6 % Zn. Для литих деталей індустріального призначення максимальний вміст Zn у бронзі БрА9Ж3Л рекомендовано обмежити масовою часткою 0,2 % проти нормативно передбаченого 1,0 %.

RU: Введение. Межгосударственный стандарт ГОСТ 493 предусматривает максимально допустимое содержание цинка в бронзе БрА9Ж3Л массовой долей не более 1 %. Цинк в составе алюминий-железной бронзы оказывает неоднозначное влияние на технологические и механические характеристики литья. Указанный элемент улучшает жидкотекучесть материала, но, в определенных количествах, приводит к охрупчиванию изделия. Проблематика. В настоящей работе решалась проблема выбора эффективного количества цинка, способствующего улучшению литейных свойств бронзы БрА9Ж3Л без негативного воздействия на пластические и ударные характеристики отливок. Цель исследования − оценка влияния Zn на структуру и механические свойства бронзы БрА9Ж3Л и определение рационального ее легирования. Материалы и методы. Алюминиево-железная бронза БрА9Ж3Л по ГОСТ 493, легированная цинком массовой долей от 0 до 4 %. Фрактографию поверхностей разрушения ударных образцов и микроструктуру изделий изучали по требованиям АSTM Е3 – 11 (2017). Механические испытания на статическое растяжение проводили по ГОСТ 1497, на ударный изгиб – по ГОСТ 9454. Результат. Установлено, что увеличение содержания цинка более 0,2 % в составе бронзы БрА9Ж3Л приводит не только к существенному уменьшению её прочности, но и к резкому уменьшению пластичности. Причина такой закономерности – увеличение в структуре БрА9Ж3Л количества эвтектоидной составляющей. Выводы. Активная потеря пластичности и вязкости бронзы БрА9Ж3Л, связанная с изменением структурного состояния сплава, зафиксирована в интервале 0,2…0,6 % Zn. Для литых деталей индустриального назначения максимальное содержание Zn в бронзе БрА9Ж3Л рекомендовано ограничить массовой долей 0,2 % против нормативно предусмотренного 1,0 %.